Vorwort zur 2. Auflage 10
Vorwort zur 1. Auflage 12
1 Einführung und Überblick 13
1.1 Historisches 16
1.2 Was ist ein Modell? 19
1.3 Philosophisches 22
2 Evolution des Sonnensystems und der Erde 27
2.1 Gegenwärtige Struktur des Planeten und Satellitensystems 27
2.2 Anfangsstadien der kosmischen Evolution 30
2.3 Entstehung der Sonne und des Planetensystems 31
2.4 Entstehung und Entwicklung der Erde und des Mondes 33
2.5 Meteorite und Kollisionsprozesse 36
3 Zur Entwicklung der Erde (seit ca. 4,6 Mrd. Jahren) 42
3.1 Stratigraphie 42
3.2 Besondere Ereignisse in der Erdgeschichte 47
3.2.1 Zeitabschnitt vor ca. 4,6 Milliarden Jahre bis 545 Millionen Jahre 47
3.2.2 Zeitabschnitt vor ca. 545 Millionen Jahren bis heute 50
4 Mineralogie: Physik und Chemie der Geomaterialien 57
4.1 Allgemeine Mineralogie 58
4.1.1 Das äußere Erscheinungsbild der Kristalle 58
4.1.2 Die Kristallstruktur 63
4.1.3 Das Koordinatensystem des Raumgitters 66
4.1.4 Anordnung der Bausteine in Kristallstrukturen 71
4.2 Allgemeine und Spezielle Mineralogie 74
4.2.1 Entstehung von Mineralen 75
4.2.2 Gliederung der Minerale 76
4.2.3 Elemente 78
4.2.4 Oxide 80
4.2.5 Silikate 80
4.3 Petrologie 86
4.3.1 Magmatische Petrologie 86
4.3.2 Gesteinsserien 87
4.3.3 Metamorphe Petrologie 88
4.4 Geochemie 90
4.4.1 Verteilung der Elemente 90
4.4.2 Geochronologie 93
4.4.3 Isotopenfraktionierung 94
5 Geophysik 97
5.1 Einleitung 97
5.2 Gravimetrie 100
5.2.1 Normalschwere 101
5.2.2 Maßeinheiten der Gravimetrie und Geodäsie 104
5.2.3 Messinstrumente der Gravimetrie 108
5.2.4 Schweremessungen und Interpretation 112
5.3 Magnetik 120
5.3.1 Normalfeld 121
5.3.2 Maßeinheiten der Magnetik 125
5.3.3 Magnetisierung von Gesteinen und Mineralien 126
5.3.4 Messinstrumente der Magnetik 128
5.3.5 Feldmessungen und Interpretation 130
5.4 Geothermik 132
5.4.1 Allgemeines 132
5.4.2 Temperatur 133
5.4.3 Thermische Konvektion 134
5.4.4 Wärmeleitung 135
5.4.5 Wärmestromdichte 136
5.5 Widerstandsverfahren (Geoelektrik) 142
5.5.1 Allgemeines 142
5.5.2 Physikalische Grundlagen 144
5.5.3 Spezifische Widerstände/Leitfähigkeiten von Mineralien und Gesteinen 145
5.5.4 Das Prinzip geoelektrischer Gleichstrom-Messungen und Bestimmung des spezifischen Widerstandes 146
5.5.5 Bestimmung des spezifischen Widerstandes 147
5.5.6 Geschichteter Untergrund und scheinbarer spezifischer Widerstand 149
5.5.7 Interpretation geoelektrischer Widerstandsmessungen 150
5.5.8 Elektromagnetik (Wechselstromverfahren) 153
5.5.9 Magnetotellurik 155
5.6 Seismik 157
5.6.1 Elastische Eigenschaften und Raumwellen 158
5.6.2 Wellenfronten oder Wellenstrahlen? 162
5.6.3 Reflexion und Brechung 163
5.6.4 Reflexionsseismik 165
5.6.5 Geophone 167
5.6.6 Auswertung und Interpretation 168
5.6.7 Refraktionsseismik 172
5.7 Seismologie 178
5.7.1 Erdbeben 179
5.7.2 Räumliche Verteilung von Erdbeben 180
5.7.3 Erdbebenentstehung (Seismotektonik) 182
5.7.4 Erdbebenintensität und Magnitude 183
5.7.5 Beziehungen zwischen der Magnitude eines Bebens und der freigesetzten Energie 187
5.7.6 Auswertung der Beobachtungen an Erdbebenwellen 188
6 Geoinformatik 192
6.1 Einführung und Übersicht 192
6.2 Ausgewählte numerische Konzepte 195
6.2.1 Räumliche Interpolation 195
6.2.2 Methode der kleinsten Quadrate 197
6.2.3 Triangulation 198
6.2.4 Trendflächenanalyse 199
6.2.5 Entfernungen 199
6.2.6 Digitale Geländemodelle 200
6.3 Datenbanken 202
6.3.1 Metadaten 203
6.3.2 Digitale geowissenschaftliche Modellierung 203
6.3.3 4D-Datenverwaltung 205
6.4 Visualisierung 206
6.5 Generalisierung und Vereinfachung in den Geowissenschaften 209
7 Fernerkundung 211
7.1 Allgemeines und historische Entwicklung 211
7.2 Physikalischer Hintergrund 213
7.3 Fernerkundungssysteme 217
7.3.1 Flugzeuggestützte Kameras für Luftbildaufnahmen 217
7.3.2 Optische und Infrarot-Fernerkundung 217
7.3.3 Satellitengestütze Scanneraufnahmen 218
7.3.4 Radarverfahren 220
7.4 Digitale Bildverarbeitung und Anwendungen 221
7.4.1 Bilddatenformate 222
7.4.2 Bildverarbeitungstechniken 223
8 Schalenaufbau der Erde 229
8.1 Ableitung des Schalenaufbaus und Einteilung der Schalen 229
8.2 Mineralogische Zusammensetzung der Erde und der einzelnen Schalen 231
8.2.1 Die Erdkruste 232
8.2.2 Der Erdmantel 235
8.2.3 Der Erdkern 237
8.2.4 Exkurs: Der Schalenaufbau der Erde aus Sicht der Geophysik 241
9 Exogene geologische Prozesse 245
9.1 Kreislauf des Wassers 247
9.1.1 Grundwasser 248
9.1.2 Quellen und Bohrungen 251
9.2 Verwitterung, Bodenbildung, Erosion und Transport 252
9.2.1 Verwitterung 252
9.2.2 Bodenbildung 260
9.2.3 Erosion und Transport 263
9.3 Sedimentite und Sedimentgefüge 270
9.3.1 Allgemeines 270
9.3.2 Sedimente und Sedimentgesteine 272
9.3.3 Sedimentgefüge 285
9.4 Ablagerungsbereiche 291
9.4.1 Gletscher und Eis 292
9.4.2 Wind und Wüsten 304
9.4.3 Karst 313
9.4.4 Seen 318
9.4.5 Flüsse 322
9.4.6 Deltas 331
9.4.7 Meer 334
10 Endogene geologische Prozesse 356
10.1 Magmatismus 357
10.1.1 Vorkommen magmatischer Gesteine 357
10.1.2 Bildung von Magmen 360
10.1.3 Magmatische Differentiation 363
10.1.4 Kristallisation von Magmen 365
10.1.5 Transport und Platznahme von Magmen 367
10.1.6 Eruption von Magmen 371
10.1.7 Klassifikation magmatischer Gesteine 376
10.2 Gesteinsmetamorphose 381
10.2.1 Chemisches Gleichgewicht bei metamorphen Reaktionen 381
10.2.2 Merkmale metamorpher Minerale und Gesteine 382
10.2.3 Metamorphe Zonen, Fazies und Grade 386
10.2.4 Metamorphosetypen 388
10.3 Gesteinsdeformation 393
10.3.1 Geometrie und Kinematik der Deformation 394
10.3.2 Dynamik der Deformation 398
10.3.3 Rheologie von geologischen Materialien 401
10.3.4 Bruchhafte Deformation 406
10.3.5 Scherzonen 412
10.3.6 Falten 415
10.3.7 Divergente tektonische Regime 419
10.3.8 Konvergente tektonische Regime 422
10.3.9 Seitenverschiebungsregime 426
11 Geodynamik 431
11.1 Energie im System Erde 432
11.1.1 Energieformen 433
11.1.2 Energiequellen 434
11.2 Das Konzept der Plattentektonik 436
11.2.1 Ältere Theorien 437
11.2.2 Plattentektonik 438
11.2.3 Paläomagnetismus 442
11.2.4 Wachstum der Ozeanböden 445
11.2.5 Konvergente Plattengrenzen 447
11.2.6 Passive Kontinentalränder 454
11.2.7 Intraplatten-Vulkanismus 455
11.3 Bau der Kontinente und Ozeane 456
11.3.1 Aufbau und Gliederung der Kontinente 457
11.3.2 Geologische Charakteristika der Ozeane 462
11.4 Ausblick 465
12 Georisiken 469
13 Anhang 475
Quellennachweis 484
Register 489
Farbdarstellungen 500