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| align="center" colspan="2" | ''Die Erde, aufgenommen von Apollo 17.
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! bgcolor="#c0c0ff" colspan="2" | Eigenschaften des Orbits
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| align="left" | Mittlerer Radius
| align="right" | 149.597.890 km
Daten
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 und ein Ellipsoid bilden. Der Meeresspiegel (das Geoid) weicht davon nochmals um +/- 100m ab. 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 (29,3 %) und Wasserfläche (70,7 %) 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 1 % Edelgasen. Dazu kommt ein wechselnder Anteil an Wasserdampf (0 - 5 %), der das Wettergeschehen bestimmt.
Die Erde besteht in ihrem Inneren aus drei durch seismische Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) begrenzte Schalen:
Der Erdkruste,
dem Erdmantel und
dem Erdkern.
Die Erdkruste, auch Lithosphäre genannt (zur Lithosphäre zählt auch noch der äußere starre Teil des oberen Erdmantels), besteht aus zwei sehr unterschiedlichen Strukturen:
Unsere Kenntnisse über den Aufbau der Erde stammen aus verschiedenen geophysikalischen Quellen:
Erste Hinweise auf das innere Material der Erde ergaben sich aus ihrer mittleren Dichte von 5,5 g/cm³, die man mittels Gravitationsgesetz aus dem Mondumlauf berechnen konnte. Da oberflächennahe Gesteine im Durchschnitt 2,7 g/cm³ aufweisen, muss das Erdinnere zumindest 2-3mal dichter sein (Eisen hat etwa 8).
Messungen der Lotrichtung zeigten schon im frühen 19. Jahrhundert, dass das Erdinnere unter hohen Gebirgen eine geringere Dichte hat. Durch genaue Schwerkraft-Messungen (Gravimetrie) erkannte man bald, dass dort die feste Erdkruste dicker als anderswo ist, und dass der darunter befindliche Erdmantel aus schwereren Gesteinen besteht. Große Gebirgsmassive tauchen wie Eisberge umso tiefer ins Erdinnere, je höher sie sind. Dieses "Schwimm-Gleichgewicht" nennt man Isostasie.
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).
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.
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 - so genannte '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.
Unsere Vorstellungen über den Stoffbestand des Erdinneren beruhen neben den oben genannten Methoden auf Analogieschlüssen anhand der Zusammensetzung von Meteoriten. Meistens wird angenommen, dass die chemische Gesamtzusammensetzung der Erde derjenigen von chondritischen Meteoriten gleicht.
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 noch Tausende "Trümmer" um die Sonne. Hin und wieder bewirken Bahnstörungen, dass kleine Körper oder Teile von Kometen als Meteoriten auf die Erdoberfläche stürzen. Falls sich der Fallort mittels ihrer Leuchtspuren orten läßt, kann man sie genau analysieren. Rund ein Zehntel besteht fast gänzlich aus Eisen, der Rest aus verschiedenen, meist dunklen Gesteinen. Grob vereinfacht kann man sagen, dass reine 'Eisen-Meteorite' aus dem Kern von Himmelskörpern stammen, 'Stein-Eisen-Meteorite' aus dem Mantel und 'Stein-Meteorite' aus der Kruste.
Ebenso wie alle anderen Planeten des Sonnensystems entstand die Erde aus einer rotierenden Staub- und Gaswolke, die durch ihre Schwerkraft langsam dichter wurde und Planetesimals bildete. Massereichere Teilchen zogen wegen ihrer größeren 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. Diese Meteoriteneinschläge bewirkten zusammen mit der gravitativen Energie, dass sich die Erde zunehmend erwärmte.
Durch den Massenzuwachs verdichtete sich der Erdkern, radioaktive Zerfallsprozesse beschleunigten die Erhitzung des Planeten. Nachdem sich die Erde auf ungefähr 2000°C erwärmt hatte - eine Temperatur, bei der Eisen und die meisten Silikate geschmolzen sind - bildete sich tröpfchenförmige Eisenschmelzen, in der sich die - gemäss Goldschmidt-Klassifikation - siderophilen Elemente anreicherten, und Silikatschmelzen in der sich die lithophilen Elemente anreicherten.
Die schwereren Tröpfchen der Metallschmelze wanderten Richtung Zentrum und sammelten sich dort zum Eisenkern, während die leichtere Silikatschmelze vom Zentrum nach aussen verdrängt wurde und sich zum Erdmantel und zur Erdkruste entwickelte.
Durch lange währende Differentiation gelangte somit 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, dessen Herkunft bis heute umstritten ist, 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.
Die Herkunft des irdischen Wassers und damit der Ozeane ist bisher noch umstritten. Diskutiert werden drei Möglichkeiten.
So zeigen kohlige Chondrite, von denen angenommen wird dass sie in den äusseren Bereichen des Asteroidengürtels entstanden sind, einen Wassergehalt von manchmal mehr als 10 Gewichts %, während gewöhnliche Chondrite oder gar Enstatit-Chondrite vom inneren Rand des Asteroidengürtels weniger als 0,1 Gewichts % Wasser enthalten.
Die Planetesimale, aus denen sich die erdähnlichen Planeten bildeten, sollten dementsprechend noch weniger Wasser enthalten haben. Zudem wird angenommen, dass bei der Akkretion der Planetesimale zu den Planeten nochmals Wasser verlorenging.
Damit wird es schwierig die Menge an Wasser auf der Erde allein durch Ausgasen aus dem Erdinneren zu erklären. Deswegen wird heute meistens angenommen dass der überwiegende Teil des irdischen Wassers aus den äusseren Bereichen des Sonnensystems stammt.
Ein rein kometarer Ursprung des Wassers ist nach Messung des Isotopenverhälnis von Wasserstoff in drei Kometen durch David Jewitt et al. unwahrscheinlich, da demnach das Verhältnis von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) von Kometen etwa doppelt so hoch ist wie in ozeanischem Wasser.
Nicht klar ist dabei allerdings, ob diese Kometen repräsentaiv für Kometen aus dem Kuiper-Gürtel sind. Nach A. Morbidelli et al. (Meteoritics & Planetary Science 35 (2000), 1309-1329) kommt der grösste Teil des heutigen Wassers von einigen im äusseren Asteroidengürtel geformten Protoplaneten die auf die Erde stürzten, wofür das D/H-Verhältnis von kohligen Chondriten spricht.
Wassereinschlüsse in kohligen Chondriten zeigen ein ähnliches D/H-Verhältnis wie ozeanisches Wasser. Nach A. Morbidelli et al. käme ein kleiner Teil auch von Kometen aus der Jupiter-Saturn-Region, welche bereits recht früh während der Akkretion der Erde angesammelt wurden. Etwa 10 % käme von Kometen aus der Uranus-Neptun Region und dem Kuiper-Gürtel, welche am Ende der Erdakkretion auf die Erde stürzten.
Siehe auch:
simple:Earth
Aufbau
Eigenschaften der Schalen
Erdkern
Erdmantel
Erdkruste
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.
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 46,6 Gewichts % (62,55 Atom % bzw. 93 Volumen %) 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
Gravimetrie und Isostasie
Durch Satellitengeodäsie lassen sich auf ähnliche Art auch tiefere Anomalien des Erdmantels orten.Bohrungen
Vulkanische Tätigkeit
Seismik
Meteoriten
Entstehung des Schalenaufbaus
Herkunft des irdischen Wassers
Die grosse Menge an Wasser, die auf der Erde im Vergleich zu anderen erdähnlichen Planeten vorhanden ist, kann nur schwer allein durch Ausgasen aus dem Erdinneren erklärt werden. Die Planetesimale aus denen die Erde sich bildete, entstanden in einem Bereich des früheren Sonnensystems, in dem relativ wenig Wasser vorhanden war.
Je kleiner der Abstand zur Sonne war, desto höher die Temperaturen und desto weniger Wasser war vorhanden. Erst ausserhalb der solaren "Schneegrenze" welche etwa inmitten des heutigen Asteroidengürtels lag war Wasser in grösserer Menge vorhanden.Wissenswertes
Im antiken Griechenland wurde dem Element Erde der Hexaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.
Hexaeder
Weblinks
Kometen | Kuipergürtel | Oortsche Wolke | Asteroid | Tabellarische Übersicht der Planeten
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