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Im Tiefgeschoss des Dobergmuseums ist die geologische Daueraustellung "Expedition Doberg" untergebracht.

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Im Süden der Stadt Bünde gibt es ein Areal mit dem Namen Doberg, in dem früher kalkhaltiges Mergelgestein als „Dünger“ für die Landwirtschaft der Umgebung abgebaut wurde. Durch die tiefen Einschnitte des Gesteinsabbaues wirkt dieses Gebiet, heute wie eine mit steilen Hügeln besetzte Senke. Die Gesteine, die hier abgebaut wurden, sind im Mittel 30 Millionen Jahre alt und stammen aus einem Zeitabschnitt, der in der geologischen Wissenschaft als das Oligozän bezeichnet wird.  

Die Gesteinsschichten des oberen, also jüngeren Abschnitts des Oligozän, mit der Bezeichnung Chatt, sind am Doberg so vollständig erhalten, dass der Doberg als einer der weltweit gültigen geologischen Referenzpunkte für das Chatt anerkannt ist.  

In der damaligen Zeit befand sich hier der Küstenbereich eines subtropischen Meeres, in dem Haie, Seekühe und Zahnwale schwammen. Auf dem Meeresgrund dieses flachen Küstenabschnittes lebten zahlreiche kleinere Lebewesen wie Seeigel, Armfüßer, Muscheln und Krebse. 

Die geologische Dauerausstellung des Dobergmuseums bietet auf ca. 550 m2 Ausstellungsfläche, neben nahezu 1000 vor allem aus der Region stammenden Exponaten, verschiedene interaktive Stationen, mit deren Hilfe sich die Besucher selbstständig in die faszinierende Welt der regionalen Erdgeschichte einarbeiten können.