Geowissenschaften

Gegenstand und Einordnung

Geowissenschaften, auch Erdwissenschaften, sind eine Gruppe von Wissenschaften, die die Erde als Ganzes oder kleinere Teilräume der Erde untersuchen. Sie befassen sich mit Aufbau, Entstehung und Entwicklung des Erdkörpers. Zugleich gehören Disziplinen dazu, die menschliche, also anthropogene, Einflüsse auf das Erdsystem erforschen, etwa Humangeographie, Raumplanung und Raumordnung.

Nach Hartmut Leser lassen sich Geowissenschaften im engeren Sinne, zum Beispiel Geologie, Geomorphologie und Bodenkunde, von Geowissenschaften im weiteren Sinne unterscheiden. Zu letzteren zählen etwa Hydrologie, Glaziologie und Meteorologie; sie werden als Erdraumwissenschaften bezeichnet. Die Grenzen des Begriffs sind unscharf: Die Geographie umfasst einerseits die Physiogeographie mit eher naturwissenschaftlichen Themen, andererseits die Humangeographie mit Wirtschafts- und Sozialgeographie. Wegen zunehmender menschlicher Eingriffe in die Erdsphären wird diese Trennung jedoch weniger bedeutsam.

Geowissenschaften nutzen Kenntnisse und Methoden aus Physik, Mathematik, Chemie und Biologie. Sie erforschen außerdem Techniken, mit denen Natur erkundet und für Menschen nutzbar gemacht wird. Dabei überschneiden sie sich teilweise mit Ingenieurwissenschaften.

Hauptfächer und Arbeitsmittel

Zu den wichtigsten Fächern gehören Geodäsie, Kartografie und Geoinformatik, Geographie, Meteorologie, Geophysik, Geologie und Paläontologie, Mineralogie und Petrologie sowie Hydrologie, Ozeanografie und Glaziologie. Häufig werden auch Bodenkunde, Fernerkundung, Photogrammetrie, Geotechnik und Bodenmechanik, Limnologie und Kristallografie zugeordnet.

Die Geodäsie oder Vermessungskunde bestimmt Gestalt und Schwerefeld der Erde, bildet sie in Karten und Plänen ab und vermisst Gelände sowie Gegenstände oder Sachverhalte an der Erdoberfläche. Ihre Teilbereiche umfassen Erdmessung, Landesvermessung, Kartografie, Photogrammetrie, Grundstücks- und Katastervermessung sowie Bau- und Ingenieurvermessung. Astrogeodäsie verbindet dabei Astronomie und Geodäsie für Vermessungsaufgaben.

Kartografie ist Wissenschaft, Kunst und Technik der Kartenherstellung. Sie verwendet vor allem Primärdaten aus Geodäsie und Fernerkundung. Fernerkundung beschafft Daten durch Luftbilder und Fernerkundungssatelliten. Photogrammetrie rekonstruiert die dreidimensionale Form von Gegenständen, besonders Erd- und Geländeoberflächen, aus Abbildungen wie Fotografien. Geoinformatik befasst sich mit Geoinformation, ihrer Bereitstellung als Geodaten und räumlich bezogenen Anwendungen; daraus entsteht die Technologie der Geoinformationssysteme (GIS).

Erde, Gesteine, Wasser und Atmosphäre erforschen

Geologie untersucht den Aufbau der Erde, besonders die Gesteine der Erdkruste. Ihr wichtigstes Prinzip ist der Aktualismus. Einen großen Fortschritt brachte Anfang der 1960er die allgemeine Akzeptanz der Theorie der Plattentektonik. Tektonik beschreibt sowohl den gegenwärtigen Bau der Erdkruste als auch die Bewegungen und Kräfte, die ihn verursacht haben. Geomorphologie untersucht heutige Landschaftsformen, ihre Klassifikation, Entstehung, Entwicklung, Erosion und ihren Zusammenhang mit geologischen Strukturen.

Mineralogie behandelt Zusammensetzung, Klassifikation, Vorkommen sowie technische und wirtschaftliche Verwendung von Mineralen. Petrografie beschreibt feste Gesteine; Petrologie untersucht sie und gliedert sich in die Petrologie magmatischer, metamorpher und sedimentärer Gesteine. Petrophysik bestimmt physikalische Eigenschaften von Gesteinsproben und ist wichtig für die Bewertung von Speichergesteinen für Erdöl und Erdgas. Sedimentologie rekonstruiert Umweltbedingungen zur Zeit der Ablagerung eines Sedimentkörpers. Stratigraphie ordnet Gesteine nach ihrem Entstehungsalter in die geologische Zeitskala ein, unter anderem als Bio-, Litho-, Magneto- oder Sequenzstratigraphie.

Geophysik erforscht die Erde mithilfe physikalischer Prinzipien. Zu ihren Teilgebieten zählen Seismik, Seismologie, Gravimetrie, Geoelektrik, Geothermik, Isotopengeophysik, Geomagnetik und Bohrlochgeophysik. Sie untersucht auch den erdnahen Raum und Verbindungen zur Meteorologie. Geochemie erforscht Aufbau und Verteilung von Elementen und Isotopen in Erde, anderen Planeten und Weltraum sowie Stofftransport und Materiekreisläufe. Geothermie versucht, die innere Wärme der Erde zur Energiegewinnung zu nutzen.

Bodenkunde oder Pedologie untersucht Entstehung, Entwicklung, Bestandteile und Klassifikation von Böden; Böden entstehen durch physikalische und chemische Verwitterung aus festem Gestein. Hydrologie ist die Wissenschaft vom Wasser auf und unter der Landoberfläche. Limnologie untersucht Binnengewässer als Ökosysteme sowie deren Struktur und Stoff- und Energiehaushalt. Ozeanografie erforscht Stoff- und Energiekreisläufe in den Weltmeeren. Meteorologie ist die Wissenschaft von atmosphärischen Erscheinungen; Paläoklimatologie nutzt Klimaarchive, um frühere Klimaverhältnisse zu klären und Rückschlüsse auf die klimatische Zukunft der Erde zu ziehen.

Leben, Umwelt und praktische Anwendungen

Paläontologie ist die Wissenschaft vom vergangenen Leben. Sie untersucht fossile Zeugnisse früher Pflanzen und Tiere. Zu Fossilien zählen neben Körperfossilien wie Schalen, Zähnen oder Knochen auch Spurenfossilien, Grabgänge, Pflanzenreste, versteinerter Kot (Koprolithen) und chemisch veränderte Überreste. Vulkanologie untersucht vulkanische Phänomene der Erde.

Viele geowissenschaftliche Fächer sind interdisziplinär und umweltrelevant. Dazu gehören Angewandte Geologie, Ingenieurgeologie, Hydrogeologie, Hydrologie, Geochemie, Geobiologie, Geomikrobiologie, Geoökologie, Geostatistik, Geothermie, Meteorologie und Klimatologie. Umweltbeobachtung erfasst oder beobachtet belebte und unbelebte Umwelt langfristig, von lokalem bis globalem Maßstab. Im Zusammenhang mit globaler Erwärmung und ihren Folgen entstand das untergeordnete Forschungsfeld Global Change research.

Geowissenschaften sind für die Rohstoff- und Energieversorgung wichtig. Geowissenschaftler planen und realisieren die Exploration, also die Suche, nach Trinkwasser, fossilen Brennstoffen wie Erdöl, Erdgas und Kohle, mineralischen Bodenschätzen, Uran und Erdwärme. Die eigentliche Gewinnung fällt eher in die Ingenieurwissenschaften, besonders in den Bergbau. Wirtschafts- oder Lagerstättengeologie verbindet bei der Rohstoffsuche Kartierung und Probennahme mit Geochemie, Geophysik und Fernerkundung.

Bei Bauvorhaben liefern angewandte Geowissenschaften Grundlagen für Gründung, Erdbau, Grundbau sowie Fels- und Tunnelbau. Ingenieurgeologie untersucht den Untergrund für das Bauingenieurwesen, etwa die Standfestigkeit von Gründungen und die Erdbebensicherheit; sie ist auch bei Deponien und Endlagern bedeutsam. Geotechnik umfasst Disziplinen des Bauingenieurwesens zur Gründung von Bauwerken im Untergrund. Geowissenschaftliche Kenntnisse werden außerdem für Raumplanung, Umweltschutz und Abfallwirtschaft benötigt. GIS sammeln und verarbeiten diese Informationen; Geotextilien können Böschungen oder Deponien stabilisieren.

Studium im deutschsprachigen Raum

In Deutschland wurden an vielen Universitäten die Studiengänge Geologie, Geophysik und Mineralogie in den Studiengang „Geowissenschaften“ zusammengeführt. Meteorologie, Geographie, Hydrologie, Geoökologie, Geotechnik, Geodäsie, Kartografie und Geoinformatik blieben meist eigenständig. Geowissenschaftliche Studiengänge gibt es an nahezu allen Universitäten, ihre Inhalte und Vorlesungen unterscheiden sich jedoch. Häufig setzen Hochschulen Schwerpunkte und ermöglichen Spezialisierungen in Geologie, Geophysik oder Mineralogie.

In Österreich werden entsprechende Studiengänge unter anderem an den Universitäten Salzburg, Innsbruck und Wien, an der TU Graz, der Montanuniversität Leoben, der Technischen Universität Wien und der Universität für Bodenkultur Wien angeboten. Genannt werden beispielsweise Geologie, Geographie, Geoinformatik, Atmosphärenwissenschaften, Erdwissenschaften, Geodäsie und Geoinformatik, Raumplanung und Raumordnung sowie Wasserwirtschaft und Umwelt.

In der Schweiz bestehen Angebote unter anderem an den Universitäten Freiburg, Zürich, Basel und Bern sowie an der ETH Zürich. Dort werden beispielsweise Erdwissenschaften, Geowissenschaften und Vertiefungen in Geologie, Geophysik, Ingenieurgeologie, Mineralogie und Geochemie angeboten.