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Aufbau der Erde
Allgemeines
Der innere Aufbau der Erde hat nicht nur ein rein wissenschaftliches Interesse, sondern betrifft die Menschen der meisten Länder in unmittelbarer Art und Weise. Dies kann in Form von Vulkanausbrüchen, Erdbeben und darauf folgende Tsunamis sein. Auch das Magnetfeld der Erde ist eine Folge ihrer inneren Struktur der Erde.
Die Erde hat einen Äquator-Durchmesser von 12.756 km und besitzt eine Masse von 5,974 · 1024 kg. Sie besteht dabei aus einem inneren und einem äußeren Erdkern, dem unteren und oberen Erdmantel sowie der Erdkruste.
- Erdkruste: Von der Erdoberfläche bis durchschnittlich 40 km Tiefe
- Oberer Erdmantel: Von ca. 40 km Tiefe bis rund 900 km Tiefe
- Unterer Erdmantel: Von ca. 900 km Tiefe bis rund 2.900 km Tiefe
- Äußerer Erdkern: Von ca. 2.000 km Tiefe bis rund 5.100 km Tiefe
- Innerer Erdkern: Von ca. 5.100 km Tiefe bis 6.378, also bis zum Erdmittelpunkt
Der Erdkern
Unter dem Erdkern versteht man einen Bereich mit einem Radius von rund 3.470 km um den Mittelpunkt der Erde. Der Erdkern besteht vorwiegend aus Eisen (80 %), Silizium (7,5 %), Nickel (5 %) und anderen Metallen sowie Sauerstoff und Schwefel. Er besitzt eine Masse von etwa 1,9 · 1024 kg, was einem prozentualen Anteil an der Gesamtmasse der Erde von rund 32 % entspricht.
Der Erdkern lässt sich in zwei Teile gliedern, einen inneren festen und einen äußeren flüssigen Kern.
Der feste innere Erdkern hat einen Radius von ca. 2.540 km und eine Temperatur von etwa 7.700°C.
Der flüssige äußere Erdkern besitzt einen Durchmesser von ca. 2.200 km.
Wahrscheinlich ist die Bewegung des flüssigen Teils des äußeren Erdkerns für das magnetische Feld der Erde verantwortlich. Dabei "fließen" die flüssigen sehr heißen Teile des dem inneren Erdkern nahelirgenden Schichten nach oben in Richtung des Erdmantels, wo sie sich abkühlen. Die kühleren Teile wiederum bewegen sich in Richtung des inneren Kerns. Da diese heiße Flüssigkeit geladenene Teilchen enthält ensteht - wie bei allen bewegten Ladungen, auch z.B. in einem Draht oder einer Spule - ein Magnetfeld.
Der Erdmantel
Der Erdmantel ist der Teil im Aufbau der Erde, der sich unter der obersten Schicht, also der Erdkruste, befindet. Dabei unterteilt sich der Erdmantel in den oberen Erdmantel und den unteren Erdmantel. Der gesamte Erdmantel besteht aus festen Substanzen. Er setzt sich vor allem aus den folgenden Substanzen zusammen:
| Name | chemisches Symbol | Anteil an Mantelmasse, auf- bzw. abgerundet |
|---|---|---|
| Siliziumdioxid | Si O2 | 46 % |
| Magnesiumoxid | Mg O | 38 % |
| Eisenoxid | F O | 7.5 % |
| Aluminiumoxid | Al2 O3 | 4 % |
| Kalziumoxid | Ca O | 3 % |
Die Masse des gesamten Mantels beträgt rund 4,1 · 1024 kg, das sind etwa 69% der Gesamtmasse der Erde. Die Temperaturen des Erdmantels reichen von einigen 100°C an der Grenze zur Erdkruste bis zu etwa 3.600°C an der Grenze zum Erdkern. Aufgrund der hohen Temperaturen und des hohen Drucks ist das Material des Erdmantels plastisch verformbar, vergleichbar dem Verhalten von Knetmasse.
Da in den Tiefen der hier dargestellten Bestandteile der Erde natürlich keine Bohrungen eingebracht werden können, besteht die Frage, wie man auf die ungefähre Ausdehnung der verschiedenen Sphären gekommen ist. Dabei spielt u. a. die Ausdehnungsrichtung und -geschwindigkeit von Erdbebenwellen eine entscheidende Rolle. In Abhängigkeit von der Dichte der Verschiedenen Materialien verändert sich nämlich auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit und -richtung der Erdbebenwellen. Diese können auf ihrem Weg durch das Erdinnere gebrochen, reflektiert, gebeugt, absorbiert oder auch umgewandelt werden. Tritt eine Erdbebenwelle von einem dichteren in ein weniger dichtes Medium ein, so verändert sich auch ihre Geschwindigkeit.
Lithosphäre
Die Lithosphäre umfasst die Erdkruste und die oberen Teile des Erdmantels und bildet daher die Grenze zwischen dem plastischen Teil des Erdmantels und der "spröden" Erdkruste.
Erdkruste
Die Erdkruste bildet die äußere feste Schicht der Erde und "schwimmt" sozusagen auf dem darunter liegenden Erdmantel. Ihre Tiefe reicht von der Erdoberfläche bis zu einer Tiefe von durchschnittlich 40 km, wobei bei der kontinentalen Erdkruste auch Decken bis zu ca. 60 km vorkommen. Man unterscheidet bei der Erdkruste die kontinentale und die ozeanische Erdkruste, die sich erheblich in ihrer Entstehung, Zusammensetzung, Materialdichte und ihrer Mächtigkeit unterscheiden.
Die ozeanische Erdkruste besteht vor allem aus Silizium, Magnesium und gebundenem Sauerstoff. Sie hat eine Mächtigkeit von ca. 6 - 10 km
Die kontinentale Erdkruste hingegen setzt sich aus Silizium, Aluminium und ebenfalls gebundenem Sauerstoff zusammen. Sie hat eine Mächtigkeit von ca. 30 - 60 km. Unter dem Himalaya erreicht sie sogar Tiefen von bis zu 70 km. Man spricht dabei von einer sogenannten Gebirgswurzel, da diese ein Pendant zur Masse des darüber liegenden Gebirges bildet. Die Mächtigkeit der Erdkruste ist somit abhängig von der aufliegenden Masse.
Insgesamt besteht die Erdkruste nicht aus einem zusammenhängenden Teil, sondern setzt sich aus vielen verschiedenen Erdplatten, in der Art eines Mosaiks, zusammen. Diese Platten besitzen eigene Namen und können sich aufeinander zu, aneinander vorbei und voneinander weg bewegen. Diese Plattenbewegungen sind für See- bzw. Erdbeben verantwortlich. Die wohl bekanntesten Erdplatten stoßen in den USA (Kalifornien) an dem St. Andreasgraben aufeinander, es sind dies die pazifische Platte und die nordamerikanische Platte. Da sich die beiden Platten in entgegengesetzte Richtungen bewegen, kommt es zu Spannungen. Wird die sogenannte Scherfestigkeit des Gesteins überschritten, werden die Spannungen schlagartig freigesetzt und es kommt zur Entstehung eines Bebens.
Die Zusammensetzung der Erdkruste mit den häufigsten Elementen ist in der folgenden Tabelle dargestellt.
| Element | Häufigkeit in % |
|---|---|
| Sauerstoff | ca. 47 |
| Silizium | ca. 28 |
| Aluminium | ca. 8 |
| Eisen | ca. 4,5 |
| Kalzium | ca. 2,5 |
| Natrium | ca. 2,5 |
| Magnesium | ca. 2 |
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