Erde

Die Erde (von idg. er[t] Erde) ist der Himmelskörper, der unsere Heimat ist. Sie ist der dritte Planet in unserem Sonnensystem und der einzige Planet, auf dem Leben bekannt ist. Zeichen: ♁

Daten

Alter: ca. 4,6 Milliarden Jahre
Durchmesser: 12.756,3 km auf Äquatorebene, 12.714,8 km von Pol zu Pol
Umfang am Äquator: 40.076,592 km / über die Pole: 40.009,153 km
Volumen: 1.083.230.000.000 km³
Temperaturextreme: Zwischen -89,6°C (gemessen am 21. Juli 1983 in der Vostok Station in der Antarktis auf 3420 m Höhe - entspräche einer Temperatur von -60°C auf Meereshöhe) und +58°C (gemessen am 13. September 1922 in Al' Aziziyah in Libyen auf 111 m Höhe).

Die Erde ist nur sehr annähernd eine Kugel. Durch die Fliehkräfte ihrer Rotation ist sie an den Polen geringfügig abgeplattet, so dass Umfang und Durchmesser des Planeten um 0,27 % variieren (man nennt diese Form auch Geoid).

Die Unterschiede im Umfang bewirken, dass es keinen eindeutig höchsten Berg auf der Erde gibt, siehe Chimborazo, Mt. Everest, Mauna Loa

Sie hat eine Oberfläche von 510,1 Millionen km², die sich in Landfläche (≈29 %) und Wasserfläche (≈71 %) unterteilt. Auf der Landfläche erstrecken sich die Kontinente.

Die Erde ist umgeben von einer ca. 640 km hohen Atmosphäre. In bodennahen Schichten besteht diese im Wesentlichen aus 78% Stickstoff, 21 % Sauerstoff und Edelgasen.

Aufbau

Die Erde besteht in ihrem Inneren aus drei durch seismische Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) begrenzte Schalen: Der Erdkruste, dem Erdmantel und dem Erdkern.

Eigenschaften der Schalen

Erdkern

Innerer Erdkern: Der innere Kern der Erde erstreckt sich zwischen 5100 km und 6370 km unter der Erdoberfläche. Er besteht aus einer festen Eisen-Nickel-Legierung. Der Druck beträgt hier bis zu 4 Millionen bar, und die Temperatur liegt zwischen 4000°C und 5000°C, ähnlich den dunklen Flecken an der Sonnenoberfläche.

Äußerer Erdkern: Der äußere Kern liegt in einer Tiefe zwischen 2900 km und 5100 km. Er ist flüssig bei einer Temperatur von ca. 2900°C und besteht aus einer Nickel-Eisen-Schmelze, die möglicherweise auch geringe Spuren von Schwefel oder Sauerstoff enthält. Im Zusammenwirken mit der Erdrotation ist die bewegliche Eisenschmelze aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit verantwortlich für das Erdmagnetfeld.

Erdmantel

Unterer Mantel: Der Übergang zwischen äußerem Kern und unterem Mantel ist durch eine sprunghafte Dichteabnahme von 10 auf 5 g/cm³ gekennzeichnet. Ursache dafür ist ein Mineralwechsel, denn der untere Mantel besteht aus schweren Silikaten und einem Gemenge von Metalloxiden wie z.B. MgO oder FeO. Im unteren Mantel, zwischen 700 km und 2900 km Tiefe, herrscht eine Temperatur von etwa 2000°C. An der überhitzten Grenzschicht zwischen äußerem Kern und unterem Mantel entspringen Plumes und Superplumes.

Übergangszone: Dieser Bereich zwischen 350 km und 700 km Tiefe wird bereits dem oberen Mantel zugeordnet.

Oberer Mantel: Der obere Mantel ist weniger starr als der untere, noch etwa 1500°C heiß und besteht nur aus Peridotit, das sich aus Olivin und Pyroxen zusammensetzt. Es gilt als gesichert, dass die basaltischen Magmen, die alle Phänomene des Vulkanismus hervorbringen, aus dem Material des oberen Mantels bestehen. In der Bewegung dieser Magmaströme liegt die Ursache von Plattentektonik, Erdbeben und Gebirgsbildungen.

Asthenosphäre: Zwischen 100 km und 350 km Tiefe in den oberen Erdmantel hinein erstreckt sich die Asthenosphäre, die 'Fließschicht' für die darüber liegende starre Lithosphäre.

Erdkruste

Die Erdkruste, auch Lithosphäre genannt (zur Lithosphäre zählt auch noch der äußere starre Teil des oberen Erdmanels), besteht aus zwei sehr unterschiedlichen Strukturen:

Ozeanische Erdkruste: Die ozeanische Kruste bildet mit ihren ca. 6 km Mächtigkeit eine vergleichsweise hauchdünne Schicht um den Erdmantel. Sie besteht aus riesigen Platten, die ständig in Bewegung sind und dabei auf der 'Fließschicht' (Asthenosphäre) des oberen Mantels schwimmen. An den Spreizungszonen der Krustenplatten, den mittelozeanischen Rücken, dringen ständig basaltische Magmen empor, die fließbandartig neue ozeanische Kruste produzieren, bestehend aus Basalt und Gabbro. Deshalb wird die ozeanische Kruste mit wachsender Entfernung von den Rücken immer älter. Da sie an Subduktionszonen wieder in den Mantel abtaucht, um erneut aufgeschmolzen zu werden, ist sie nirgendwo älter als 200 Millionen Jahre.

Kontinentale Erdkruste: Sie besteht aus einzelnen Schollen, die wir auch als Kontinente bezeichnen. Die kontinentale Kruste 'schwimmt' auf der ozeanischen Kruste. Dort wo sie als Gebirgsmassiv am höchsten aufragt taucht sie auch am tiefsten ein. In den unter den Weltmeeren liegenden ozeanischen Krustenbereichen ist sie am dünnsten. Damit liegt ihre Mächtigkeit zwischen 10 und 65 Kilometern. Die kontinentale Kruste setzt sich aus kristallinen Gesteinen zusammen, deren Hauptbestandteile Quarz und Feldspäte bilden. Chemisch ist die kontinentale Kruste zu 93% aus Sauerstoff aufgebaut, bildet also eine dichte 'steinharte' Packung aus Sauerstoff. Im Bereich der Erdkruste und an der Erdoberfläche sind die Gesteine einem ständigen Umwandlungsprozess unterworfen, den man auch als Kreislauf der Gesteine bezeichnet. Selten finden sich Gesteine, die seit der ersten Krustenbildungen in der Erdgeschichte unverändert geblieben sind. Die ältesten, die je gefunden wurden, haben ein Alter von 4 Milliarden Jahren.

Erforschung des schaligen Aufbaus der Erde

Unsere Kenntnisse über den Aufbau der Erde stammen aus verschiedenen geophysikalischen Quellen:

Bohrungen

Die tiefste Bohrung, die je durchgeführt wurde, fand in Russland auf der Halbinsel Kola statt und führte bis in eine Tiefe von 12 km. Hier konnte die oberste Schicht der kontinentalen Kruste erforscht werden, die an dieser Stelle eine Mächtigkeit von etwa 30 km besitzt. Eine weitere Tiefbohrung, die 9,1 km erreicht hat, wurde in der deutschen Oberpfalz vorgenommen. Bei einer geplanten Tiefe von 14 km wäre es möglich gewesen, die kontinentale Kruste an der Nahtstelle zu erforschen, an der vor 300 Millionen Jahren die auf dem Erdmantel driftenden Kontinente Ur-Afrika und Ur-Europa kollidierten.

Tiefbohrungen bewegen sich im oberen Krustenbereich und können daher nur einen kleinen Einblick ins Erdinnere gewähren. Würde man die Erde auf Apfelgröße verkleinern, so würden unsere tiefsten Bohrungen noch nicht einmal dem Anritzen der Schale entsprechen. Durch Bohrungen in größere Tiefen vorzustoßen scheitert vorläufig am hohen technischen Aufwand, bedingt durch die hohen Drücke (in 14 km Tiefe ca. 4 kbar) und Temperaturen (in 14 km Tiefe ca. 300°C).

Vulkanische Tätigkeit

Die größte Tiefe, aus der Magma an die Erdoberfläche dringt und dabei die verschiedenen Formen des Vulkanismus hervorbringt, findet sich an der Grenzschicht zwischem dem äußeren Kern und dem unteren Mantel, wie das z.B. bei Plumes zu beobachten ist. Das bei einer Eruption zu Tage geförderte Material stammt also teilweise aus dem Mantel und kann entsprechend analysiert werden.

Weiteren Aufschluss über die Manteleigenschaften kann man über die Erforschung der mittelozeanischen Rücken gewinnen. Der hier direkt unter der Plattengrenze liegende Mantel steigt auf, um den Raum in den entstehenden Lücken zu füllen. Normalerweise schmilzt das Mantelgestein dabei durch die Druckentlastung und bildet nach Erkalten die neue Ozeankruste auf dem Meeresboden. Diese rund 8 km mächtige Kruste versiegelt den Zugang zum ursprünglichen Mantelgestein. Eine interessante Ausnahme bildet möglicherweise der mittelozeanische Rücken zwischen Grönland und Russland, der Gakkel-Rücken, der der langsamst spreizende Rücken der Erde ist (weniger als 1 cm pro Jahr). Der Erdmantel steigt hier nur sehr langsam auf. Daher bildet sich keine Schmelze und in Folge dessen auch keine Kruste. Das Mantelgestein könnte also direkt am Meeresboden zu finden sein.

Seismik

Die Erde wird täglich von Erdbeben erschüttert, die weltweit von Messstationen registriert werden. Wäre die Erde ein homogener Körper, könnte man genau ausrechnen, wann die sich gleichmäßig in alle Richtungen durch den Erdkörper ausbreitenden Erdbebenwellen bestimmte Orte erreichen. Die tatsächlichen Beobachtungen widerlegen diese Annahme. Die seismischen Signale treten verzögert oder vorzeitig auf. Das lässt nur eine Schlussfolgerung zu: Die seismischen Wellen durchqueren Materie unterschiedlicher Dichte, denn je flüssiger Materie ist, desto langsamer wird sie von Erdbebenwellen durchquert. Im Jahre 1912 hatte Beno Gutenberg erstmals die Grenze zwischen dem silikatischen Mantelmaterial und dem Nickel-Eisen-Kern in einer Tiefe von 2900 km ausgemacht. Kurz zuvor entdeckte der kroatische Geophysiker Andrija Mohorovicic die nach ihm benannte Unstetigkeitsfläche zwischen Erdkruste und Erdmantel. Beides war möglich, weil markante Sprünge in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Erdbebenwellen - sogenannte 'seismische Diskontinuitäten' - gemessen werden konnten. Neben den seismischen Diskontinuitäten lassen sich auch 'chemische Diskontinuitäten' beobachten. Sie beruhen auf einer plötzlichen Änderung der chemischen Zusammensetzung im Erdinneren. Im Allgemeinen stimmen beide Diskontinuitäten an den Grenzen Kern-Mantel und Mantel-Kruste überein. Es gibt jedoch Ausnahmen: In der 'Übergangszone' gibt es Dichtesprünge ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung. Man geht davon aus, dass sie durch Phasenumwandlung entstanden sind, wobei sich ein Mineral in einer bestimmten Tiefe in ein neues, dichteres Mineral derselben Zusammensetzung umbildet.

Meteoriten

Unsere Vorstellungen über den Stoffbestand des Erdinneren beruhen neben den oben genannten Methoden auf Analogieschlüssen anhand der Zusammensetzung von Meteoriten. Ebenso wie unsere Erde haben auch noch andere Planeten des Sonnensystems im Laufe ihrer Geschichte die Entwicklung zu einem schalenförmig aufgebauten Inneren aus Kern-Mantel-Kruste mitgemacht. Im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter kreisen einige ihrer Trümmer um die Sonne. Hin und wieder verlassen einige ihre Bahn, landen als Meteoriten auf der Erdoberfläche und können somit genau analysiert werden. Grob vereinfacht kann man sagen, dass reine 'Eisen-Meteorite' aus dem Planetenkern stammen, 'Stein-Eisen-Meteorite' aus dem Mantel und 'Stein-Meteorite' aus der Kruste.

Entstehung des Schalenaufbaus

Ebenso wie alle anderen Planeten des Sonnensystems entstand die Erde aus einer rotierenden Staub- und Gaswolke. Massereichere Teilchen zogen mit Hilfe ihrer größeren Schwerkraft - Gravitation - die kleineren an und wuchsen auf diese Weise allmählich zu Planetoiden heran bis letztlich neun Planeten übrig blieben, die einen Großteil der freien Materie abgezogen hatten. Im Anfangstadium der Erdgeschichte vor etwa 4,6 Milliarden Jahren war die Erde daher ein wahrscheinlich kalter und im Inneren homogener Himmelskörper. Es gab während der ersten 100 Millionen Jahre noch ausreichende Mengen einfallender Materie, die darür sorgte, dass sich die Erde durch die bei den Meteoriteneinschlägen frei werdende Energie zunehmend erwärmte. Durch den Massenzuwachs verdichtete sich der Erdkern, radioaktive Zerfallsprozesse beschleunigten die Erhitzung des Planeten. Nach dem sich die Erde auf ungefähr 2000°C erwärmt hatte - eine Temperatur bei der Eisen schmilzt - sammelte sich das schwere flüssige Metall in Tropfen. Etwa ein Drittel sank in Richtung Zentrum und bildete hier den Eisenkern. Leichtere Elemente wurden von dort nach außen verdrängt. Durch lange währende Differentiation gelangte kontinuierlich leichtere Materie in die äußeren Zonen der Erde. So entstand über dem schweren Eisenkern ein Mantel aus Gesteinen mittlerer Dichte, bestehend aus Magnesium-Eisen-Silikaten und darüber eine Außenkruste aus leichtem Material wie Sauerstoff, Silizium, Aluminium, Calcium, Natrium u.a. Das leichte Wasser fand sich zu den Urozeanen zusammen. Die noch leichteren Gase erzeugten schließlich die Atmosphäre der Erde. Dass die Differentiation auch heute noch nicht abgeschlossen ist, erkennt man z.B. am Gasausstoß bei Vulkanausbrüchen, wobei riesige Mengen an Gasen aus dem Erdinneren entweichen.

Sonnensystem

Sonnensystem: Sonne - Merkur - Venus - Erde - Mars - Asteroiden - Jupiter - Saturn - Uranus - Neptun - Pluto - Kometen
Tabellarische Übersicht der Planeten

Wissenswertes

Im antiken Griechenland wurde dem Element Erde der Hexaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.

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Hexaeder

Siehe auch:

Weblinks