Die Erde ist einer der acht Planeten in unserem Sonnensystem. Sie ist der einzige bekannte Planet, auf dem es Leben gibt. Wir haben schon viel über unsere Erde herausgefunden, doch bis heute sind der Aufbau der Erde und die Prozesse im Erdinneren noch nicht völlig geklärt. Wie sieht die Erde im Inneren aus? Was sind Merkmale vom Schalenaufbau der Erde?
Aufbau der Erde
Während die Erdoberfläche schon seit langer Zeit erforscht und kartiert wird und ihre Landformen gedeutet werden, wird die Geologie der darunter gelegenen Schichten der Erdkruste erst seit dem 18. Jahrhundert erforscht. Mithilfe von Bohrungen in die Erde sollte festgestellt werden, welche Schichten sich im Erdinneren verbergen und woraus diese sich zusammensetzten. Jedoch sind die Temperaturen in der Tiefe höher als zunächst erwartet.
Bis heute reicht die tiefste bisher mögliche Bohrung nur etwa 12 km tief. Sie wurde auf der Halbinsel Kola vorgenommen. In Deutschland erreichte die kontinentale Tiefbohrung (KTB) eine Tiefe von 9101 Metern. Forscher*innen konnten jedoch andere Wege finden, um mehr über den Aufbau der Erde zu erfahren.
Je tiefer man in das Erdinnere gelangt, umso höher wird die dort herrschende Temperatur. Das ist schon seit Jahrtausenden durch Bergwerke bekannt und durch Vulkanismus augenscheinlich. Auch durch Erdbeben konnten mehr Informationen über den Aufbau der Erde gewonnen werden. Daher hat man schon in früher Antike vermutet, dass tiefere Schichten der Erde flüssig sind. Schon die griechischen Naturphilosophen machten sich Gedanken über die genaue Struktur und Entstehung der Erde. Die detaillierte Erforschung des Erdinnern begann vor etwa 200 Jahren. So konnte nachgewiesen, dass die Erde schalenförmig aufgebaut ist.
Seismographen sind wichtige Werkzeuge bei der Erforschung des Erdinneren. Sie zeichnen Erschütterungen von Erdbeben auf. Die Erdbebenwellen breiten sich, ähnlich wie Schallwellen in der Luft, durch den gesamten Erdkörper aus. In dichtem und hartem Material werden die Erschütterungen schneller weitergeleitet als in leichterem und weicherem Material. Die Wellen verhalten sich also je nach Zusammensetzung und Eigenschaften des Materials anders. Dadurch kann darauf geschlossen werden, wie die Erde im Inneren aufgebaut ist.
In Abbildung 1 ist ein Seismograph zu sehen.
Abbildung 1: Seismograph
Schalenaufbau der Erde
Der Aufbau der Erde ist schalenförmig. Man spricht daher auch vom Schalenaufbau der Erde. Die einzelnen Schalen der Erde weisen unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf. Druck, Temperaturen und der Aggregatzustand sind in jeder Erdschicht unterschiedlich. Es wird in folgende drei Hauptschalen unterschieden:
- Erdkruste
- Erdmantel (oberer und unterer Erdmantel)
- Erdkern (äußerer und innerer Erdkern)
Abbildung 2: Schalenaufbau der Erde
Erdkern – Aufbau
Der Erdkern ist das Innere der Erde und ist vollständig vom Erdmantel umgeben. Er hat insgesamt einen Durchmesser von 6942 km und macht daher nur ein Sechstel des Volumens der Erde aus. Aufgrund seiner hohen Dichte trägt er jedoch rund ein Drittel zur Masse der Erde bei. Der Erdkern lässt sich in zwei Komponenten aufteilen: der feste innere und der flüssige äußere Erdkern.
Erdkern Material – innerer Erdkern
Der innere Erdkern beginnt bei einer Tiefe von 5150 km und reicht bis zum Erdmittelpunkt. Er besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel. Man geht davon aus, dass er aus 80 % Eisen und 20 % Nickel zusammengesetzt ist. Im inneren Erdkern ist es sehr heiß, etwa um die 5000 Grad Celsius. Dennoch ist der innere Erdkern fest, was an dem enormen Druck liegt, der in dieser Tiefe herrscht. Die äußeren Schichten um den inneren Erdkern drücken diesen so fest zusammen, dass er sich gar nicht flüssig werden kann.
Erdkern Material – äußerer Erdkern
Auch der äußere Erdkern besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel, jedoch setzt er sich zudem auch aus zusätzlichen, leichteren Elementen zusammen. Hier herrschen 3000 bis 5000 Grad. Er beginnt ab einer Tiefe von etwa 2900 km und endet an der Grenze zum inneren Erdkern bei 5150 km. Der äußere Erdkern ist im Gegensatz zum inneren Erdkern aus flüssigem Material. Das Magnetfeld der Erde entsteht im äußeren Erdkern.
Wie genau das "Erdmagnetfeld" entsteht und wie "Erdmagnetismus" funktioniert, erfährst Du in einer separaten Erklärung. Wenn dich dieses Thema interessiert, schau dort gerne vorbei!
Aufbau der Erde – Erdmantel
Der Erdkern wird umhüllt vom Erdmantel und schließt an die Erdkruste an. Der Erdmantel liegt also zwischen dem Erdkern und der Erdkruste. Er ist die voluminöseste und massereichste Schichte der Erde. Er besteht aus einem Material, das aluminiumarm und eisen- und magnesiumreich ist. Durch einen Dichteunterschied zwischen der Erdkruste und dem äußeren Erdkern entsteht die Mantelkonvektion und es kommt im Erdmantel zu Konvektionsbewegungen.
Als Mantelkonvention wird der Prozess bezeichnet, bei dem Wärme von dem Erdkern an den oberen Erdmantel übertragen wird. Dabei wird der harte Erdmantel durch die langsamen Magmaströme umgewälzt.
Im Erdinneren erhitzt sich Gesteinsmaterial, steigt auf zur Erdkruste, kühlt sich dabei ab und versinkt wieder. Heiße Gesteinsmassen können bis zu drei Zentimeter pro Jahr aufsteigen. Dadurch werden die Kontinentalplatten in der Erdkruste bewegt.
Konvektionserscheinungen verursachen die Drift der Kontinente, die Auffaltung von Gebirgen und auch viele Vulkanausbrüche.
Eine separate Erklärung erklärt Dir, was genau die "Mantelkonvektion" ist und wie sie funktioniert. Außerdem kannst Du Dich mit den dazugehörigen Erklärungen auch genauer über die "Kontinentaldrift", "Vulkanismus" oder die "Gebirgsentstehung" informieren.
Der Erdmantel lässt sich in den oberen und den unteren Erdmantel unterteilen.
Aufbau der Erde – obere Erdmantel
An die Erdkruste schließt sich der obere Erdmantel an. Der obere Erdmantel ist insgesamt circa 700 km dick und kann zwischen 120 und 660 Kilometer tief sein. Die oberste Schicht des oberen Erdmantels besteht aus festem Gestein und bildet zusammen mit der Erdkruste die Lithosphäre (= äußere Gesteinshülle der Erde). Die Lithosphäre ist nicht starr, sondern in mehrere riesige Platten zerlegt, die sich gegeneinander bewegen.
Die Lithosphäre ist eine Geosphäre der Erde. Mehr dazu erfährst Du in separaten Erklärungen.
Unter der Lithosphäre schließt sich die Asthenosphäre an. Hier schmelzen bei Temperaturen um 1.200 - 1.500 °C und einem Druck von 300 - 500 kbar die Gesteine teilweise auf und bilden eine plastische Fließzone.
Die Einheit kbar steht für Kilobar. 1 kbar sind 1000 bar. Bar ist die Einheit, mit der man Druck misst und angibt.
Der obere Erdmantel besteht aus Peridotit, einem Gestein. Chemisch gesehen besteht Peridotit zu rund 90 % aus den Elementen Sauerstoff, Silizium und Magnesium. Er hat eine Dichte von 3,1 - 4,2 g/cm³.
g/cm³ steht für Gramm pro Kubikzentimeter. Mit dieser Einheit gibt man das Verhältnis der Masse zum Volumen an. Bei 1 g/cm³ kommt also ein Gramm auf einen Kubikzentimeter.
Aufbau der Erde – untere Erdmantel
Der untere Erdmantel reicht bis zu einer Tiefe von 2.900 km. Durch die enorme Druckzunahme auf 1.000 - 1.400 kbar ist der untere Erdmantel wieder fest. Der untere Erdmantel hat ungefähr die gleiche Zusammensetzung wie der obere Erdmantel. Da die Minerale bei hohen Drücken und Temperaturen in andere Modifikationen übergehen, hat der obere Erdmantel eine höhere Dichte als der untere. Sie beträgt 5,5 g/cm³. Die Temperatur steigt auf 1.900 - 3.700 °C an.
Aufbau der Erde – Erdkruste
Die Erdkruste ist die äußerste Schale der Erde. Sie ist fest und mit einer durchschnittlichen Dicke von 35 km die dünnste der drei Schalen der Erde und bildet die oberste Schicht der Lithosphäre.
Man unterscheidet zwei Typen von Krustenmaterial:
- die kontinentale Erdkruste
- die ozeanische Erdkruste
Die zwei Arten der Erdkruste unterscheiden sich in ihrer Entstehung, ihrer Zusammensetzung, ihrer Dichte und ihrer Dicke. Sie werden beide vom festen Anteil des oberen Erdmantels unterlagert.
Die bisher über andere Planeten und ihre Monde gewonnenen Daten deuten darauf hin, dass die Erde in unserem Sonnensystem der einzige Himmelskörper ist, der zwei unterschiedliche Krustenarten besitzt.
Aufbau der Erde – kontinentale Erdkruste
Die kontinentale Erdkruste besteht hauptsächlich aus Silizium und Aluminium. Sie ist mit einer Dichte von circa 2,7 g/cm³ leichter als die ozeanische Kruste. Die kontinentale Erdkruste hat eine Dicke von 30 bis 60 km, wobei ihr Durchschnitt bei etwa 40 km liegt. Unter Gebirgen reicht sie überdurchschnittlich weit hinab.
Die kontinentale Kruste besteht aus einzelnen Platten, die als Kontinentalblöcke oder als Kontinentalschollen bezeichnet werden und von der ozeanischen Kruste umgeben sind.
Aufbau der Erde – ozeanische Erdkruste
Die ozeanische Erdkruste bezeichnet den ozeanischen Anteil der Erdkruste im Schalenbau der Erde. Auch sie ist somit ein Teil der Lithosphäre. Die ozeanische Erdkruste hat neben Sauerstoff und Silizium einen hohen Magnesiumanteil. Sie entsteht an den Grenzen von auseinanderdriftenden Lithosphärenplatten am Ozeanboden, wo aus dem Erdmantel laufend Magma austritt und erstarrt.
Die ozeanische Erdkruste hat eine relativ hohe Dichte von circa 3 g/cm³. Diese Dichte geht mit einer geringen Dicke der ozeanischen Erdkruste von fünf bis sieben Kilometern einher. Nur vereinzelt ist sie über zehn Kilometer dick.
In Abbildung 2 erkennt man die ozeanische und die kontinentale Erdkruste. Zusammen mit dem oberen Erdmantel bilden sie die Lithosphäre.
Aufbau der Erde – Plattentektonik
Die Plattentektonik ist ein wichtiger Bestandteil, wenn es um den Aufbau der Erde geht, denn sie findet in der äußeren Erdhülle, also der Lithosphäre statt. Die Erdkruste und der obere Erdmantel sind von dynamischen Prozessen gekennzeichnet.
Es wird davon ausgegangen, dass die äußere Erdhülle in Lithosphärenplatten, die man auch als Erdplatten oder Kontinentalplatten bezeichnen kann, unterteilt ist. Diese liegen auf dem oberen Erdmantel auf und wandern umher. Diesen Vorgang nennt man Kontinentaldrift.
Auch die Mantelkonvektion, bei der der Erdmantel langsam umgewälzt wird, ist ein Phänomen der Plattentektonik. Prozesse, die mit diesen Phänomenen einhergehen, sind unter anderem die Entstehung von Gebirgen und Vulkanen.
Aufbau der Erde – Das Wichtigste
- Die tiefsten Bohrungen liegen in circa 12 km Tiefe.
- Der Aufbau der Erde ist noch nicht vollständig erforscht.
- Die Erde ist schalenförmig aufgebaut. Es gibt 3 Hauptschalen: den Erdkern, den Erdmantel und die Erdkruste
- Der Erdmantel lässt sich in den oberen und den unteren Mantel unterteilen.
- Die Erdkruste lässt sich in kontinentale und ozeanische Erdkruste unterteilen.
- Die Lithosphäre besteht aus dem oberen Erdmantel und der Erdkruste.
- Viele Ereignisse wie Vulkanismus oder Erdbeben passieren durch plattentektonische Vorgänge, die sich in der Lithosphäre abspielen.
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