Ein berühmtes Beispiel dafür ist der Grand Canyon in Arizona: Hier hat sich der Colorado River eine Rinne durch verschiedene Gesteinsschichten gegraben. Gut erkennt man, wie sich weiches und härteres Gestein abwechseln: Das weiche Gestein gibt schnell nach, so entstehen schräge Hänge, das härtere Gestein bleibt stehen und bildet steile, fast senkrecht abfallende Wände. Wie eine Treppe führen diese Sedimentstufen zum heutigen Flusslauf hinunter und bieten dem Besucher einen spektakulären Anblick.

Aus Sedimentschichten bildete sich auch eine bekannte Großlandschaft in Deutschland: das Südwestdeutsche Schichtstufenland, das von Baden-Württemberg über Hessen und Bayern bis nach Thüringen reicht. Nach dem Einbrechen des Oberrheingrabens stellten sich hier die Sedimentschichten schräg. Je nach Härte des Gesteins wurden die einzelnen Schichten unterschiedlich stark abgetragen. Harte Kalksteine bildeten steile Stufen, während weiche, tonige Schichten stärker ausgewaschen wurden und heute als sanfte Böschungen und weite Stufenflächen die Landschaft ausmachen. Auf der linken Seite des Rheins liegt dieser Landschaft – fast wie spiegelverkehrt – das Nordfranzösische Stufenland gegenüber.

Erzeugt wird das „Streifendesign“ schon bei der Bildung des Gesteins. Ausgangsmaterial ist Verwitterungsschutt, der von Wasser oder vom Wind davongetragen wird. Flüsse, Gletscher und Staubstürme verlieren irgendwann an Kraft: Flussläufe werden zur Mündung hin immer langsamer und strömen schließlich ins Meer oder einen See. Gletscher dringen in wärmere Regionen vor und schmelzen ab. Auch Staubstürme lassen irgendwann nach. Dann können sie Staub, Sand und Geröll nicht mehr weiter befördern. Das mitgeschleppte zermahlene Gestein setzt sich ab. Mit der Zeit bildet das abgelagerte Material eine immer höhere Schicht – das Sediment. Besonders auf dem Meeresboden und auf dem Grund von Seen, wo Flüsse viel Material anschwemmen, sammeln sich solche Sedimente, darunter auch Reste von toten Tieren oder Kalkschalen.

Nach und nach schichten sich verschiedene Sedimente übereinander. Eine Schicht kann zum Beispiel aus Sandstein bestehen: Zu Trockenzeiten hat hier der Wind Wüstensand angeweht. Steigt der Meeresspiegel wieder an, wird diese Schicht von Wasser bedeckt: Kalkschalen von Meerestieren sinken auf den Meeresgrund und lagern über dem Sand eine weitere Schicht an. Über Jahrmillionen veränderte sich das Klima immer wieder und sorgte dafür, dass der Meeresspiegel schwankte. Dadurch konnten sich verschiedene Schichten ablagern.

Im Laufe der Zeit wird die Sedimentdecke immer dicker. Unter der Last des eigenen Gewichts werden die anfangs lockeren Sedimente immer stärker zusammengepresst, kleine Hohlräume verschwinden, die Masse verdichtet sich. Weitere Schichten lagern sich darüber, das Sediment wird immer fester und schließlich unter Druck zu Sedimentgestein. Dieser Vorgang heißt in der Geologie auch Diagenese. Werden dabei zum Beispiel Schalen winziger Meerestiere zu Stein gepresst, entsteht Kalkstein. Feine Sandkörner aus Quarz verkitten sich unter dem hohen Druck zu Sandstein.

Neben Geröll setzten sich auch tote Tiere ab, zum Beispiel Fische auf dem Meeresgrund. Luftdicht abgeschlossen blieben ihre Knochen und Schuppen erhalten und versteinerten. Solche Fossilien haben sich im Stein verewigt. Sie verraten noch nach Jahrmillionen vieles über die Zeit, in der sich das Sediment gebildet hat. Daher können Geologen in den Gesteinsschichten lesen wie in einem Geschichtsbuch.

Normalerweise ist für uns nur die oberste Schicht sichtbar. Wenn sich jedoch ein Fluss durch das Sedimentgestein gräbt, es bei der Gebirgsbildung angehoben oder in einem Steinbruch frei gesprengt wird, erhalten wir einen Blick auf den Querschnitt. Die einzelnen Sedimentschichten sind dann als „Streifen“ oder Bänder im Gestein gut zu erkennen.

In der oberen Gesteinsschicht liegen der Regel nach die jüngeren Fossilien. Je tiefer man in die Sedimentschichten vordringt, desto älter sind auch die Fossilien, die dort lagern. Sehr alte, aber dennoch häufig gefundene Fossilien sind zum Beispiel die Ammoniten. Das sind Überreste von Schalentieren, die vor Hunderten Millionen Jahren lebten und vor etwa 65 Millionen Jahren ausgestorben sind. Weil sie nur in einem begrenzten Zeitraum lebten, kann so in etwa das Alter des Gesteins bestimmt werden, in dem sie gefunden worden sind.

Um ein Fossil zu entdecken, muss man nicht unbedingt tief in der Erde bohren. Wenn sich im Lauf von Jahrmillionen die Gesteinsschichten heben, werden auch tiefer gelegene Schichten nach oben gedrückt und durch Abtragung freigelegt. So können Fossilien von den untersten Schichten des Meeresbodens, wie es in den Kalkalpen der Fall ist, bis auf hohe Berggipfel hinauf gelangen.

Doch nicht nur in Gestein, auch im Harz von Bäumen werden Pflanzen und Tiere, wie Mücken oder Käfer, gefangen. Im Lauf langer Zeit verwandelt sich das klebrige Baumharz in festen Bernstein. In diesem gelblich-durchsichtigen Gestein sind Insekten oder Pflanzen, die vor Jahrmillionen lebten, noch heute sehr gut zu erkennen.

Die heutigen Alpen haben sich aus einem flachen Meer herausgehoben, dem Tethys-Meer. Vor etwa 200 Millionen Jahren drang dieses Meer nach Norden vor und bedeckte Teile von Süddeutschland. Damals herrschte hier ein tropisches Klima, es war viel wärmer als in der jetzigen Zeit. Heute wäre die Gegend vermutlich ein Urlaubsparadies wie die Malediven. Damals jedoch lebten hier keine Menschen. Stattdessen tummelten sich im warmen Meerwasser neben Fischsauriern auch Muscheln, Ammoniten und Korallen. Deren Schalen und Panzer bestanden aus Kalk, und lagerten sich nach ihrem Tod auf dem Meeresgrund ab. Zusammen mit abgetragenem Gesteinsschutt bildeten sie eine Schicht, die über Jahrmillionen immer dicker wurde. Durch Hitze und Druck wurden die mächtigen Kalkschichten zu festem Sedimentgestein gepresst.

Vor etwa hundert Millionen Jahren begann sich die Afrikanische Platte nach Norden zu bewegen. Dabei drückte sie heftig auf die Eurasische Platte. Durch diese Kraft faltete sich der Meeresboden auf und wurde immer weiter in die Höhe gedrückt. Vom Grund des Meeres aus hoben sich allmählich die Alpen empor bis sie die Umgebung schließlich um Tausende von Metern überragten. Die Riffreste und Kalkschichten vom Meeresgrund wurden zu den nördlichen und südlichen Kalkalpen. Im Norden bauen sie den Wettersteinkalk der Zugspitze auf oder den Dachsteinkalk in Österreich. In den südlichen Kalkalpen bestehen die steilen Felsen der Dolomiten aus uralten Riffen. Dort finden Bergsteiger und Fossilienjäger im Kalkgestein noch unzählige Ammoniten und andere versteinerte Meerestiere. Die Zentralalpen bestehen dagegen aus Granit – eine Folge der Plattenkollision.

Täler können ganz unterschiedlich aussehen: Steile Wände oder sanfte Hänge, breite Talsohlen oder gerade genug Platz für den Fluss. Die Form hängt davon ab, wie stark das Wassser den Boden und die Seitenwände angreift und wie stabil das Gestein ist.

Im Gebirge, am Oberlauf eines Flusses, ist es steil. Das Wasser schießt mit Wucht den Berg hinunter. Wegen seiner hohen Geschwindigkeit transportiert es dort viel Sand und Geröll. Mit diesem Geröll schleift es den Boden stark ab und kann sich tief eingraben. So entstehen eher schmale, tiefe Täler.

In Richtung Mündung wird der Fluss breiter und führt immer mehr Wasser. Weil das Gelände flacher wird, fließt das Wasser immer langsamer. Aus diesem Grund lagert der Fluss am Unterlauf seine mitgeschleppte Fracht allmählich wieder am Boden ab. Abtragung findet hier eher an den Seitenwänden statt, so dass eher breite, flache Täler entstehen.

Auch das Gestein, durch das der Fluss fließt, ist für die unterschiedlichen Talformen verantwortlich.In festes Gestein graben sich Wasser und Geröll ein, ohne dass an den Seiten viel Gestein nachrutscht. So entstehen Täler mit steilen oder sogar fast senkrechten Wänden. Weiche Gesteinsschichten rutschen dagegen schnell nach und führen zu flachen Hängen.

Anhand ihrer Form werden Täler in verschiedene Typen eingeteilt: Schmale Täler mit steilen Wänden bezeichnet man als Schlucht, bei senkrechten Wänden spricht man von einer Klamm. Schmale Täler mit sanfteren Hängen werden als Kerbtal oder V-Tal bezeichnet. Ist dagegen die Talsohle deutlich breiter als der Fluss, handelt es sich um ein Sohlental, oder – bei steilen Wänden – um ein Kastental.

Eine besondere Form von Tälern sind Canyons. Hier hat sich das Wasser seinen Weg durch unterschiedliche Gesteinsschichten gegraben, die wie mehrere Tortenschichten übereinander liegen. Manche Schichten konnte der Fluss leicht abtragen, sie wurden breit und rund ausgespült, die widerstandsfähigeren Schichten brachen steil und kantig ab. Das Ergebnis ist ein Tal, dessen Seitenwände treppenstufenartig zum Fluss hin abfallen. Ein berühmtes Beispiel für ein solches Tal ist der Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona.

Der Grund für diese Verwandlung: Das Gestein an der Erdoberfläche ist ständig Wind und Wetter ausgesetzt. Dringt zum Beispiel Wasser in Gesteinsritzen ein und gefriert, sprengt es den Stein auseinander. Diesen Vorgang nennt man Frostsprengung. Auch durch Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht und durch die Kraft von Wasser und Wind wird das Gestein mürbe. Mit anderen Worten: Es verwittert. Dieser Vorgang lässt sich auch an Gebäuden oder an Steinfiguren beobachten. Bei der Verwitterung zerfällt das Gestein in immer kleinere Bestandteile bis hin zu feinen Sand- und Staubkörnern. Verschiedene Gesteine verwittern unterschiedlich schnell: Granit ist zum Beispiel viel beständiger als der vergleichsweise lose Sandstein.

Manche Gesteinsarten lösen sich sogar vollständig auf, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen, zum Beispiel Steinsalz und Kalk. Steinsalz ist chemisch das Gleiche wie Kochsalz – und das löst sich ja bereits in gewöhnlichem Wasser auf. Kalk ist etwas beständiger, aber in säurehaltigem Wasser löst sich auch Kalkgestein auf. Säure entsteht zum Beispiel, wenn Regenwasser in der Luft mit dem Gas Kohlendioxid reagiert. Dieser „saure Regen“ greift das Kalkgestein an und löst es im Laufe der Zeit auf. An der Erdoberfläche hinterlässt die Verwitterung zerklüftete Kalkstein-Landschaften, unter der Erde entstehen Höhlen.

Doch nicht nur Lösungsverwitterung, auch Hitze und Druck zermürben und zerbröseln Gestein unter der Erdoberfläche. Wo Pflanzen wachsen, da graben sich Wurzeln ein, sprengen das Gestein stückchenweise auseinander und sorgen ebenfalls dafür, dass es Millimeter für Millimeter abgetragen wird.

Die Verwitterung bearbeitet auf diese Weise nicht nur einzelne Felsen, sie nagt an ganzen Gebirgsketten. Bis der Schwarzwald so flach ist wie der Norden Kanadas dauert es aber noch ein paar Millionen Jahre.

Anders als die Alpen wächst der Himalaya jedes Jahr ungefähr einen Zentimeter in die Höhe. In dieser Region drückt die Indische Platte gegen die Eurasische und hebt den Himalaya weiter an – und zwar so stark, dass die Abtragung nicht mithalten kann.

Es gibt aber auch Gebirge, bei denen die Auffaltung zu Ende ist – sie schrumpfen nur noch. Diese Gebirge sind vor über 300 Millionen Jahren entstanden, sind also noch viel älter als die Alpen oder der Himalaya. Zu ihnen gehören viele unserer Mittelgebirge, zum Beispiel das Rheinische Schiefergebirge oder der Bayerische Wald. Sie wurden über Jahrmillionen abgeschliffen und sind heute niedriger als 2000 Meter.

Den „Wettlauf“ zwischen Wachsen und Schrumpfen kann man auch bei Vulkangebirgen beobachten: Erloschene Vulkane verlieren ständig an Höhe. Stark verwittert ist zum Beispiel der Kaiserstuhl am östlichen Rheinufer. Vom einstigen Vulkan sind heute nur noch Ruinen übrig. Der Ätna auf Sizilien, Europas aktivster Vulkan, kann dagegen bei einem Ausbruch plötzlich einige Meter wachsen. Allerdings verliert er gelegentlich auch wieder an Höhe, wenn die kalt gewordene Lava einstürzt.

Der Oberrheingraben ist eine etwa 300 Kilometer lange und bis zu 40 Kilometer breite Senke zwischen Basel und Frankfurt. Sie sie zunächst wie ein gewöhnliches Flusstal aus, verdankt jedoch ihre Entstehung einer Schwachstelle in der Erdkruste.

Entlang dieser Schwachstelle brach im Lauf der letzten 45 Millionen Jahre ein Graben ein. Dabei zerfiel das absinkende Gestein in unterschiedlich große Bruchstücke und rutsche teilweise in den Graben hinab. Gleichzeitig mit dem Einsinken des Grabens wurde das Gestein an seinen Rändern angehoben. So entwickelten sich die „Grabenschultern“, die heute noch als Schwarzwald und Vogesen zu erkennen sind. Die Abtragung glich jedoch den Höhenunterschied zwischen Senke und Gebirge ständig aus: Geröll und Gesteinsschollen rutschten von den Seiten nach und füllten den Graben immer wieder auf. An seinem Grund häuften sich dicke Sedimentschichten, durch die sich erst sehr viel später der Rhein seinen Weg suchte.

Bis heute dehnt und bewegt sich im Gebiet des Oberrheingrabens die Erdkruste. Fast einen Millimeter senkt sich der Graben jedes Jahr. So bauen sich im Gestein ständig Spannungen auf, die sich immer wieder in kleineren Erdbeben entladen. Ein Beben jedoch war ungewöhnlich heftig und legte im Jahr 1356 die Stadt Basel in Schutt und Asche.

Ob sich ein so starkes Beben bald wiederholen könnte, ist auch für Fachleute nur schwer zu beantworten. Denn die Vorgänge in der Erdkruste sind noch lange nicht restlos aufgeklärt. So gibt es mehrere mögliche Erklärungen für die Entstehung des Grabens: Eine Ursache könne sein, dass die Afrikanische Platte von Süden gegen die Europäische Platte drückt. Dabei wurden die Alpen aufgefaltet und vermutlich auch Schwarzwald und Vogesen angehoben. Die enormen Drücke und Spannungen könnten dazu geführt haben, dass das Gestein dieser älteren Gebirge zerbrach und so der Graben entstand. Eine andere Vermutung ist, dass Magma aus dem Erdmantel nach oben drückte, die Erdkruste dehnte und dadurch den Graben aufriss. Um herauszufinden, was genau passierte, wird der Oberrheingraben bis heute von Geologen überwacht und untersucht.