Aufbau der Erde: Schichten, Plattentektonik und Erdmagnetismus

Erkenntnisse über das Erdinnere

Alternative Methoden der Erforschung: Zu den direkten Zugängen zählen Bergbau, Materialgewinnung durch Ausgrabungen und Bohrungen im Untergrund. Für tiefere Schichten nutzt man indirekte Methoden: Vulkane liefern Gesteine aus dem Erdmantel, die Magma an die Oberfläche bringen. Diese Studien geben Aufschluss über den Aufbau des Erdmantels und ermöglichen Rückschlüsse auf das Innere der Erde.

Indirekte Methoden

Indirekte Methoden der Temperaturbestimmung:

• Dichte der Erde: Der Mantel besitzt eine höhere Dichte als die Kruste.
• Seismische Wellen: P- und S-Wellen liefern Informationen über die innere Struktur. Mit ihnen lässt sich auch die Temperatur im Inneren abschätzen.
• Meteoriten: Sie geben Hinweise auf die Zusammensetzung des Planeten.

Seismische Wellen und ihr Ursprung

Erdbebenwellen entstehen durch Erdbeben. Man unterscheidet Primär- (P-Wellen) und Sekundärwellen (S-Wellen). P-Wellen durchqueren feste und flüssige Stoffe, bewegen sich in Ausbreitungsrichtung und verursachen Bewegungen parallel zur Wellenrichtung. S-Wellen bewegen sich senkrecht dazu und können sich nur in festen Stoffen ausbreiten.

Diskontinuitäten

• Mohorovičić-Diskontinuität: Trennt die Erdkruste vom Mantel.
• Gutenberg-Diskontinuität: Trennt den Mantel vom Erdkern.

Seismische Wellen zeigen, dass der Boden in verschiedene Schichten unterteilt ist: Kruste, Mantel und Kern.

Temperatur im Erdinneren

Die Temperatur steigt im Mittel um etwa 30 °C pro Kilometer Tiefe. Dieser Anstieg wird als geothermischer Gradient bezeichnet. In einer Tiefe von etwa 30 km beträgt die Temperatur ca. 1.000 °C, in 100 km liegt sie bereits bei rund 1.300 °C. Die seismischen Wellen zeigen, dass der Gradient mit zunehmender Tiefe nicht überall gleich bleibt. Der Erdkern besteht vermutlich aus geschmolzenem Eisen und Nickel im äußeren Bereich sowie aus festem Material im inneren Kern. Der Schmelzpunkt steigt mit dem Druck an. Die Temperatur des inneren Kerns wird auf etwa 3.800 bis 5.000 °C geschätzt.

Erdmagnetismus

Die Erde besitzt ein Magnetfeld mit einem Nord- und einem Südpol. Es entsteht durch elektrische Ströme im flüssigen äußeren Erdkern. Das Magnetfeld schützt die Erde vor der Sonnenstrahlung.

Meteoriten

Meteoriten sind Gesteinskörper aus dem Weltraum, die auf die Erde fallen. Sie liefern wichtige Informationen über den Aufbau des Sonnensystems und die Entstehung der Planeten.

Aufbau der Erde: Zusammensetzung und Struktur

Erdkruste

Geochemische Einheiten: Die Erdkruste ist die äußerste Schicht mit einer Dichte von etwa 2,4 bis 3 g/cm³. Sie gliedert sich in:

• Kontinentale Kruste: 25 bis 75 km dick, heterogen (Sedimentgesteine, metamorphe und plutonische Gesteine).
• Ozeanische Kruste: 5 bis 10 km dick, homogen (Sedimentgesteine und magmatische Gesteine).

Erdmantel

Erdmantel: Etwa 83 % des Volumens der Erde. Er ist fest, zeigt aber im Bereich der Asthenosphäre plastische, fließfähige Eigenschaften. Er besteht überwiegend aus magmatischen, plutonischen Gesteinen wie Peridotit.

Erdkern

Erdkern: Etwa 16 % des Volumens der Erde. Er befindet sich im Zentrum des Planeten und besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel. Der äußere Kern ist flüssig, der innere Kern fest.

Dynamik der Erde

Lithosphäre: Die starre äußere Schicht aus Kruste und oberstem Mantel. Darunter liegt die Asthenosphäre, ein plastischer, verformbarer Bereich, in dem Konvektionsströmungen stattfinden. Der untere Erdmantel (Mesosphäre) zeigt ebenfalls Konvektionsströmungen. Der äußere Kern ist flüssig und erzeugt das Magnetfeld; der innere Kern ist fest.

Vertikale und horizontale Bewegungen: Die Lithosphäre schwimmt auf der Asthenosphäre. Die Isostasielehre erklärt vertikale Bewegungen. Horizontale Bewegungen beschreibt die Plattentektonik, die auf die Kontinentalverschiebungstheorie von Alfred Wegener zurückgeht.

Kontinentalverschiebung nach Wegener

Alfred Wegener vertrat die Ansicht, dass die Kontinente einst als Superkontinent Pangaea zusammenhingen und sich im Laufe der Zeit auseinanderbewegten. Argumente dafür sind:

• Paläontologische Argumente: Gleiche Reptilienfossilien wurden in Afrika und Amerika gefunden.
• Geografische Argumente: Die Küsten Afrikas und Südamerikas passen wie Puzzleteile zusammen.
• Geologische Analysen: Gesteinsformationen und Gebirgszüge setzen sich auf anderen Kontinenten fort.
• Paläoklimatische Belege: Gletscherablagerungen in heute tropischen Regionen zeigen frühere Vereisungen an.

Wegener führte die Bewegung auf Kräfte zurück, die durch die Erdrotation und die Anziehung von Mond und Sonne entstehen.

Plattentektonik

Ozeanische Rücken: Am mittelatlantischen Rücken entsteht durch Ausdehnung neue ozeanische Lithosphäre. Die Lithosphäre bildet dort durch aufsteigendes Magma neuen Meeresboden.

Postulate der Plattentektonik

1. Die Lithosphäre ist in Platten (Blöcke) unterteilt.
2. Die meiste geologische Aktivität findet an den Plattengrenzen statt (Vulkane, Erdbeben).
3. Die ozeanische Lithosphäre wird kontinuierlich neu gebildet an den ozeanischen Rücken und zerstört in den Subduktionszonen (Gräben).
4. Die Platten bewegen sich aufeinander zu, auseinander oder aneinander vorbei. An Produktionszonen entstehen neue Ozeane, bei Kollisionen Gebirge wie der Himalaya.

Arten von Plattengrenzen

• Konstruktive (divergierende) Grenzen: Hier entfernen sich Platten voneinander. Neue Lithosphäre entsteht, es bilden sich ozeanische Rücken und Riftzonen.
• Destruktive (konvergierende) Grenzen: Hier stoßen Platten zusammen. Eine Platte taucht unter die andere (Subduktion). Dabei entstehen ozeanische Gräben, Inselbögen und Gebirgszüge.
• Passive Grenzen: Transformstörungen. Platten gleiten seitlich aneinander vorbei, weder Lithosphäre wird erzeugt noch zerstört. Hier entstehen vor allem Erdbeben.