Geologische Prozesse, die unter dem Wasser des Meeres stattfinden, beeinflussen nicht nur das Leben im Meer, sondern auch das trockene Land. Die Prozesse, die Ozeanbecken formen, laufen langsam ab, über Dutzende und Hunderte von Millionen Jahren. Auf dieser Zeitskala, auf der ein Menschenleben nur ein Wimpernschlag ist, fließen feste Gesteine wie Flüssigkeit, ganze Kontinente bewegen sich über die Erdoberfläche und Berge wachsen aus flachen Ebenen. Um den Meeresboden zu verstehen, müssen wir lernen, die ungewohnte Sichtweise der geologischen Zeit anzunehmen. Die Geologie ist für die Meeresbiologie sehr wichtig. Lebensräume, oder die Orte, an denen Organismen leben, werden direkt durch geologische Prozesse geformt. Die Form von Küstenlinien, die Tiefe des Wassers, ob der Boden schlammig, sandig oder felsig ist und viele andere Merkmale eines marinen Lebensraums werden durch diese Geologie bestimmt. Die geologische Geschichte des Lebens wird auch Paläontologie genannt.
Das Vorhandensein großer Mengen an flüssigem Wasser macht unseren Planeten einzigartig. Die meisten anderen Planeten haben sehr wenig Wasser, und auf denen, die es haben, existiert das Wasser nur als ewig gefrorenes Eis oder als Dampf in der Atmosphäre. Die Erde hingegen ist ein ausgesprochener Wasserplanet. Der Ozean bedeckt den größten Teil des Globus und spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung unseres Klimas und unserer Atmosphäre. Ohne Wasser wäre das Leben selbst unmöglich.
Unser Ozean bedeckt 72 % der Erdoberfläche. Er ist nicht gleichmäßig in Bezug auf den Äquator verteilt. Etwa zwei Drittel der Landfläche der Erde befinden sich in der nördlichen Hemisphäre, die nur zu 61 % aus Ozean besteht. Etwa 80 % der Südhalbkugel sind Ozean.
Der Ozean wird traditionell in vier große Becken eingeteilt. Der Pazifik ist das tiefste und größte, fast so groß wie alle anderen zusammen. Der Atlantische „Ozean“ ist etwas größer als der Indische „Ozean“, aber beide sind in der durchschnittlichen Tiefe ähnlich. Die Arktis ist der kleinste und flachste. Verbunden oder am Rande der großen Ozeanbecken befinden sich verschiedene flache Meere, wie das Mittelmeer, der Golf von Mexiko und das Südchinesische Meer.
Obwohl wir die Ozeane normalerweise als vier separate Einheiten behandeln, sind sie tatsächlich miteinander verbunden. Dies lässt sich am einfachsten erkennen, wenn man sich eine Weltkarte vom Südpol aus betrachtet. Aus dieser Sicht ist es klar, dass der Pazifik, der Atlantik und der Indische Ozean große Zweige eines riesigen Ozeansystems sind. Die Verbindungen zwischen den großen Becken ermöglichen es dem Meerwasser, den Materialien und einigen Organismen, sich von einem „Ozean“ zum anderen zu bewegen. Da die „Ozeane“ in Wirklichkeit ein großes zusammenhängendes System sind, sprechen Ozeanographen oft von einem einzigen Weltozean. Sie bezeichnen auch den kontinuierlichen Wasserkörper, der die Antarktis umgibt, als Südpolarmeer.
Die Erde und der Rest des Sonnensystems sollen vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus einer oder mehreren Staubwolken entstanden sein. Bei diesem Staub handelte es sich um Trümmer, die von einer riesigen kosmischen Explosion, dem so genannten Urknall, übrig geblieben waren, der nach Schätzungen von Astrophysikern vor etwa 15 Milliarden Jahren stattfand. Die Staubteilchen kollidierten miteinander und verschmolzen zu größeren Teilchen. Diese größeren Teilchen kollidierten wiederum und vereinigten sich zu kieselsteingroßen Gesteinen, die wiederum zu größeren Gesteinen kollidierten, und so weiter. Dieser Prozess setzte sich fort und bildete schließlich die Erde und andere Planeten.
Bei der Entstehung der frühen Erde wurde so viel Hitze erzeugt, dass der Planet wahrscheinlich geschmolzen war. Dadurch konnten sich die Materialien im Inneren des Planeten entsprechend ihrer Dichte absetzen. Die Dichte ist das Gewicht, oder besser gesagt, die Masse, eines bestimmten Volumens einer Substanz. Natürlich wiegt ein Pfund Styropor mehr als eine Unze Blei, aber die meisten Menschen denken, dass Blei „schwerer“ ist als Styropor. Das liegt daran, dass Blei mehr wiegt als Styropor, wenn gleiche Volumina der beiden verglichen werden. Mit anderen Worten: Blei ist dichter als Styropor. Die Dichte eines Stoffes wird berechnet, indem seine Masse durch sein Volumen geteilt wird. Wenn zwei Substanzen gemischt werden, tendiert das dichtere Material zum Sinken und das weniger dichte zum Schweben.
Während der Zeit, in der die junge Erde geschmolzen war, tendierte das dichteste Material dazu, zum Zentrum des Planeten zu fließen, während leichtere Materialien zur Oberfläche schwammen. Das leichte Oberflächenmaterial kühlte ab und bildete eine dünne Kruste. Schließlich begannen sich Atmosphäre und Ozeane zu bilden. Hätte sich die Erde in einer Umlaufbahn befunden, die nur geringfügig näher an der Sonne liegt, wäre der Planet so heiß gewesen, dass das gesamte Wasser in die Atmosphäre verdampft wäre. Bei einer Umlaufbahn, die nur ein wenig weiter von der Sonne entfernt ist, wäre das gesamte Wasser ewig gefroren. Zum Glück für uns umkreist unser Planet die Sonne in einer schmalen Zone, in der flüssiges Wasser existieren kann. Ohne flüssiges Wasser gäbe es kein Leben auf der Erde.
Die Erde besteht aus drei Hauptschichten: dem eisenhaltigen Kern, dem halbplastischen Mantel und der dünnen äußeren Kruste. Die Kruste ist die bekannteste Schicht der Erde. Im Vergleich zu den tieferen Schichten ist sie extrem dünn, wie eine starre Haut, die über dem Mantel schwebt. Die Zusammensetzung und die Eigenschaften der Kruste unterscheiden sich stark zwischen den Ozeanen und den Kontinenten.
Die geologische Unterscheidung zwischen Ozeanen und Kontinenten wird durch die physikalischen und chemischen Unterschiede in den Gesteinen selbst verursacht, und nicht dadurch, ob die Gesteine zufällig mit Wasser bedeckt sind oder nicht. Der mit Wasser bedeckte Teil der Erde, der Ozean, ist aufgrund der Beschaffenheit des darunter liegenden Gesteins bedeckt.
Ozeanische Krustengesteine, die den Meeresboden bilden, bestehen aus Mineralien, die allgemein Basalt genannt werden und eine dunkle Farbe haben. Die meisten kontinentalen Gesteine sind vom allgemeinen Typ, der Granit genannt wird, der eine andere Mineralzusammensetzung als Basalt hat und im Allgemeinen eine hellere Farbe aufweist. Ozeankruste ist dichter als kontinentale Kruste, obwohl beide weniger dicht sind als der darunter liegende Erdmantel. Die Kontinente kann man sich als dicke Krustenblöcke vorstellen, die auf dem Erdmantel „schwimmen“, ähnlich wie Eisberge auf dem Wasser schwimmen. Ozeanische Kruste schwimmt ebenfalls auf dem Mantel, aber weil sie dichter ist, schwimmt sie nicht so hoch wie kontinentale Kruste. Aus diesem Grund liegen die Kontinente hoch und trocken über dem Meeresspiegel, während ozeanische Kruste unter dem Meeresspiegel liegt und von Wasser bedeckt ist. Ozeanische Kruste und kontinentale Kruste unterscheiden sich auch im geologischen Alter. Die älteste ozeanische Kruste ist weniger als 200 Millionen Jahre alt, also für geologische Verhältnisse recht jung. Kontinentale Gesteine hingegen können sehr alt sein, bis zu 3,8 Milliarden Jahre alt…!
In den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg ermöglichte das Sonar die ersten detaillierten Vermessungen großer Bereiche des Meeresbodens. Diese Vermessungen führten zur Entdeckung des mittelozeanischen Rückensystems, einer 40.000 Meilen langen, zusammenhängenden Kette von vulkanischen, submarinen Bergen und Tälern, die den Globus wie die Nähte eines Baseballs umschließen. Das mittelozeanische Rückensystem ist das größte geologische Gebilde auf dem Planeten. In regelmäßigen Abständen wird der mittelozeanische Rücken durch Risse in der Erdkruste, so genannte Transformstörungen, zur einen oder anderen Seite verschoben. Gelegentlich erheben sich die untermeerischen Berge des Rückens so hoch, dass sie die Oberfläche durchbrechen und Inseln bilden, wie z. B. Island und die Azoren.
Der Teil des mittelozeanischen Rückens im Atlantik, der so genannte Mittelatlantische Rücken, verläuft genau in der Mitte des Atlantiks und folgt den Kurven der gegenüberliegenden Küstenlinien. Der Rücken bildet ein umgekehrtes Y im Indischen Ozean und verläuft an der Ostseite des Pazifiks. Der Hauptabschnitt des Rückens im östlichen Pazifik wird als Ostpazifischer Höhenzug bezeichnet. Vermessungen ergaben auch die Existenz eines Systems von tiefen Vertiefungen im Meeresboden, die als Gräben bezeichnet werden.
Nach der Entdeckung des mittelozeanischen Rückensystems und der Gräben wollten Geologen wissen, wie sie entstanden sind und begannen, sie intensiv zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass es um diese Merkmale herum eine große geologische Aktivität gibt. Erdbeben häufen sich zum Beispiel an den Rücken, und Vulkane sind in der Nähe von Gräben besonders häufig. Auch die Eigenschaften der Felsen am Meeresboden hängen mit den mittelozeanischen Rücken zusammen. Ab 1968 wurden mit einem Tiefseebohrschiff, der Glomar Challenger, Proben des eigentlichen Meeresbodengesteins entnommen. Es wurde festgestellt, dass die Gesteine umso älter sind, je weiter sie vom Rücken entfernt sind. Eine der wichtigsten Erkenntnisse ergab sich aus der Untersuchung des Magnetismus der Gesteine am Meeresboden. Gesteinsbänder mit abwechselnd normalem und umgekehrtem Magnetismus verlaufen parallel zum Rücken.
Es war die Entdeckung der magnetischen Anomalien am Meeresboden, die zusammen mit anderen Beweisen schließlich zum Verständnis der Plattentektonik führte. Die Erdoberfläche ist in eine Reihe von Platten aufgeteilt. Diese Platten, die aus der Kruste und den oberen Teilen des Erdmantels bestehen, bilden die Lithosphäre. Die Platten sind etwa 100 km dick. Wenn neue Lithosphäre gebildet wird, wird an anderer Stelle alte Lithosphäre zerstört. Sonst müsste sich die Erde ständig ausdehnen, um Platz für die neue Lithosphäre zu schaffen. Lithosphäre wird an den Gräben zerstört. Ein Graben entsteht, wenn zwei Platten zusammenstoßen und eine Platte unter die andere eintaucht und in den Erdmantel zurückgleitet. Diese Abwärtsbewegung der Platte in den Erdmantel wird als Subduktion bezeichnet. Da die Subduktion an den Gräben stattfindet, werden die Gräben oft als Subduktionszonen bezeichnet. Subduktion ist der Prozess, der Erdbeben und Vulkane, auch unter Wasser, erzeugt. Die Vulkane können vom Meeresboden aufsteigen und Ketten von Vulkaninseln bilden.
Wir wissen heute, dass sich die Erdoberfläche dramatisch verändert hat. Die Kontinente wurden durch den sich bewegenden Meeresboden über weite Strecken getragen, und die Ozeanbecken haben sich in Größe und Form verändert. In der Tat sind neue Ozeane entstanden. Die Kenntnis des Prozesses der Plattentektonik hat es Wissenschaftlern ermöglicht, einen Großteil der Geschichte dieser Veränderungen zu rekonstruieren. Die Wissenschaftler haben zum Beispiel herausgefunden, dass die Kontinente einst in einem einzigen Superkontinent namens Pangaea vereint waren, der vor etwa 180 Millionen Jahren begann, auseinanderzubrechen. Seitdem haben sich die Kontinente in ihre heutige Position bewegt.
Meerwasser
Die Eigenschaften des Meerwassers liegen sowohl in der Natur des reinen Wassers als auch in den darin gelösten Stoffen begründet. Die im Meerwasser gelösten Feststoffe stammen aus zwei Hauptquellen. Einige entstehen durch die chemische Verwitterung von Gestein an Land und werden durch Flüsse ins Meer getragen. Andere Stoffe kommen aus dem Erdinneren. Die meisten von ihnen werden an hydrothermalen Schloten in den Ozean freigesetzt. Einige werden von Vulkanen in die Atmosphäre freigesetzt und gelangen mit Regen und Schnee ins Meer. Meerwasser enthält zumindest ein wenig von fast allem, aber die meisten gelösten Stoffe bestehen aus einer erstaunlich kleinen Gruppe von Ionen. Tatsächlich bestehen nur sechs Ionen aus über 98 % der Feststoffe im Meerwasser. Natrium und Chlorid machen etwa 85 % der Feststoffe aus, weshalb Meerwasser wie Kochsalz schmeckt. Der Salzgehalt des Wassers hat einen starken Einfluss auf die Organismen, die darin leben. Die meisten Meeresorganismen sterben zum Beispiel in Süßwasser ab. Schon geringe Änderungen des Salzgehalts schaden einigen Organismen.