Astronomie und Geologie: Grundlagen der Erde und des Mondes

Der Mond und seine Phänomene

Die Umlaufbahn des Mondes

Der Mond ist der natürliche Satellit der Erde. Er umkreist die Erde auf einer elliptischen Bahn, wobei die Erde einen der Brennpunkte bildet. Der Punkt auf der Mondbahn, an dem der Mond der Erde am nächsten ist, wird als Perigäum bezeichnet. Wenn der Mond am weitesten von der Erde entfernt ist und kleiner erscheint, wird diese Position als Apogäum bezeichnet.

Mondphasen

Das Licht, das der Mond aussendet, ist reflektiertes Sonnenlicht. Die unterschiedliche Beleuchtung der Mondoberfläche, die wir von der Erde aus sehen, ist die Ursache der Mondphasen. Es gibt vier Hauptmondphasen, die sich etwa alle sieben Tage abwechseln. Wenn der Mond fast vollständig beleuchtet ist, wie kurz vor oder nach dem Vollmond, spricht man von einem Buckelmond (gibbous).

Sonnenfinsternisse

Eine Sonnenfinsternis tritt auf, wenn der Mond zwischen der Erde und der Sonne steht und einen Schattenkegel auf die Erdoberfläche wirft. Wenn der Mond das Sonnenlicht vollständig blockiert, entsteht eine totale Sonnenfinsternis. Blockiert er das Sonnenlicht nur teilweise, spricht man von einer partiellen Sonnenfinsternis.

Mondfinsternisse

Eine Mondfinsternis ist der Zeitraum, in dem die Erde zwischen der Sonne und dem Mond steht und einen Schattenkegel erzeugt, der den Mond daran hindert, Sonnenlicht einzufangen.

Gezeiten

Der tägliche Anstieg und Fall des Meeresspiegels wird als Gezeiten bezeichnet und ist auf die Anziehungskräfte von Sonne und Mond zurückzuführen. Steigt der Meeresspiegel, spricht man von Hochwasser oder Flut. Sinkt er, nennt man dies Niedrigwasser oder Ebbe. Wenn Sonne und Mond in einer Linie stehen, entstehen die höchsten Gezeiten, die als Springfluten oder Syzygien bekannt sind. Wenn der abnehmende oder zunehmende Halbmond nicht mit der Sonne ausgerichtet ist, entstehen die niedrigsten Gezeiten, die als Nippfluten oder Quadraturen bezeichnet werden.

Die Struktur und Dynamik der Erde

Die innere Struktur der Erde

• Erdkern: Er befindet sich im Zentrum der Erde und besteht hauptsächlich aus Eisen. Er setzt sich aus zwei Teilen zusammen: Der innere Kern verhält sich wie ein Festkörper, während der äußere Kern flüssig ist und durch seine Bewegung elektrische Ströme und das Magnetfeld der Erde erzeugt.
• Erdmantel: Er umgibt den Kern und besteht aus semi-silikatischen Materialien. Er hat eine innere Schicht, die als Asthenosphäre bekannt ist und langsame, kreisförmige Bewegungen (Konvektionszellen) aufweist, die durch die hohe Kerntemperatur verursacht werden. Die äußere Schicht des Erdmantels, nahe der Kruste, wird als Lithosphäre bezeichnet.
• Erdkruste: Dies ist die felsige Außenschicht, die den Mantel umgibt. Ihre Dicke variiert von etwa 5 km am Meeresboden bis zu 20 bis 45 km auf den Kontinenten.

Theorien zur Lithosphärenbildung

Kontinentalverschiebungstheorie

Diese Theorie postuliert die Existenz eines großen Urkontinents namens Pangäa, der vom Urozean Panthalassa umgeben war. Pangäa zerbrach in Gondwana (südliche Hemisphäre) und Laurasia (nördliche Hemisphäre), die sich über einen Zeitraum von 300 Millionen Jahren zu ihren heutigen Positionen bewegten. Ein grundlegendes Argument für diese Theorie ist die Beobachtung, dass die Küstenlinien Brasiliens und der westlichen Küste Afrikas wie Puzzleteile zusammenpassen.

Theorie der Meeresbodenspreizung

Diese Theorie besagt, dass an mittelozeanischen Rücken vulkanisches, magmatisches Material aufsteigt und zur Bildung neuer Gesteine führt. Dieses neue Material drängt die älteren Gesteine und somit den Meeresboden auseinander.

Theorie der Plattentektonik

Die Erdkruste ist in große Platten zerbrochen, die auf der Asthenosphäre schwimmen. Die Konvektionsbewegungen im Erdmantel verursachen eine Verschiebung dieser Platten. Die Wärme aus dem Erdkern erzeugt Magma, das an die Oberfläche aufsteigt und die Platten in Bewegung setzt. Die durch die Konvektionszellen verursachte Plattenverschiebung führt zu drei Haupttypen von Plattengrenzen:

• Divergente Plattengrenzen: Bereiche, in denen Magma aufsteigt und neue Kruste bildet, wodurch die Platten auseinanderdriften.
• Konvergente Plattengrenzen (Subduktionszonen): Bereiche, in denen eine Platte unter eine andere absinkt. Dies sind Zonen mit hoher seismischer und vulkanischer Aktivität.
• Transformierende Plattengrenzen: Bereiche, in denen zwei Platten parallel aneinander vorbeigleiten. Die dabei entstehende Reibung verursacht seismische Aktivität.

Vulkanische Aktivität

Flüssiges, glühendes Magma und andere Materialien, die sich in einer Magmakammer angesammelt haben, werden durch den Vulkanschlot, Risse oder Spalten in der Erdkruste als Gesteine und Gase ausgestoßen. Sobald das Magma mit der Atmosphäre in Kontakt kommt, spricht man von Lava, die aus dem Krater fließt und die Hänge des Vulkans hinabströmt. Die Gesamtheit dieser Prozesse wird als Vulkanismus oder vulkanische Aktivität bezeichnet.

Seismische Aktivität

Erdbeben

Heftige Bewegungen der Erdkruste, die wenige Sekunden bis zu drei Minuten andauern können, werden als Erdbeben bezeichnet. Erdbeben entstehen im Erdinneren an einem Punkt, der als Hypozentrum oder Fokus bezeichnet wird. Der erste Punkt an der Erdoberfläche, an dem die seismische Welle die Kruste erreicht, ist das Epizentrum.

Seismische Wellen

Es gibt zwei Haupttypen von seismischen Wellen:

• Oberflächenwellen (L-Wellen): Diese Wellen bewegen sich entlang der Erdoberfläche.
• Körperwellen: Diese Wellen bewegen sich durch das Innere der Erde und werden in zwei Untertypen unterteilt:
  • Primär- oder P-Wellen: Dies sind die schnellsten Wellen. Sie sind Kompressionswellen, die sich durch jedes Material ausbreiten können.
  • Sekundär- oder S-Wellen: Diese Wellen bewegen sich auf und ab, ähnlich einer Schere, und sind zerstörerischer als P-Wellen.

Erdbeben-Skalen

Mercalli-Skala

Die Mercalli-Skala misst die Intensität von Erdbeben basierend auf den verursachten Schäden an Strukturen. Dabei werden der Untergrund, auf dem sich die Gebäude befinden, sowie die Qualität und das erdbebensichere Design der Gebäude berücksichtigt.

Richterskala

Die Richterskala klassifiziert Erdbeben nach ihrer Magnitude, d.h. der Menge an Energie, die während des Bruchprozesses der Gesteine im Hypozentrum oder Fokus freigesetzt wird. Das Erdbeben mit der größten jemals gemessenen Magnitude ereignete sich am 22. Mai 1960 in Valdivia, Chile, mit einer Stärke von 9,5.