Entstehung der Erde & Aufbau: Planetesimaltheorie, Methoden & Schichten

Die Entstehung der Erde und ihr innerer Aufbau

1. Die Planetesimaltheorie: Entstehung des Sonnensystems

• 1.1. Initialer Nebel

  Ein rotierender Nebel aus Staub und Gas begann sich durch Gravitation zusammenzuziehen.

• 1.2. Gravitationskollaps

  Das Zusammenziehen führte zur Bildung einer zentralen Masse und einer Scheibe um diese herum.

• 1.3. Formation der Protosonne

  Der Zusammenstoß von Teilchen in der zentralen Masse setzte große Mengen an Energie frei und bildete die Protosonne.

• 1.4. Planetesimalbildung

  Im Gravitationsfeld der Sonne gruppierten sich Teilchen durch Kollisionen zu größeren Planetesimalen.

2. Die Entstehung der Erde

• 2.1. Wachstum durch Kollisionen

  Durch fortgesetzte Kollisionen wuchs ein Planetesimal immer weiter an. Ein größeres Planetesimal hatte ein stärkeres Gravitationsfeld, was den Zuwachs weiterer Planetesimale begünstigte. Die Temperatur stieg durch die Einschläge der Planetesimale.

• 2.2. Differenzierung der Erde

  Die Temperatur der frühen Erde war so hoch, dass die Materialien teilweise geschmolzen waren. Dies begünstigte die Verteilung der Komponenten nach ihrer Dichte:

  • Schwerere Elemente sanken zum Zentrum (Kern).
  • Leichtere Elemente stiegen zur Oberfläche (Mantel, Kruste).

• 2.3. Bildung der Atmosphäre und Ozeane

  Die entweichenden Gase bildeten die frühe Atmosphäre. Die spätere Abkühlung der Oberfläche führte dazu, dass Wasserdampf kondensierte und die tiefsten Bereiche besetzte, wodurch die ersten Ozeane entstanden.

3. Methoden zur Erforschung des Erdinneren

• 3.1. Direkte Methoden

  Diese Methoden ermöglichen die direkte Beobachtung von Gebieten, die Zugang zu Materialien aus dem Erdinneren an der Oberfläche bieten.

  • Bergbau: Ausgrabungen zur Gewinnung von Mineralien.
  • Bohrungen: Löcher, die in den Untergrund gebohrt werden.
  • Vulkane: Eruptionen, die Material aus dem Erdinneren an die Oberfläche bringen. Das Magma reißt oft Gesteine mit, die nicht vollständig geschmolzen sind.

• 3.2. Indirekte Methoden

  Wir schließen auf die Eigenschaften des Erdinneren aus verschiedenen Datenarten, ohne direkten Zugang zu haben.

  • Geothermie: Die Temperatur im Erdinneren steigt mit zunehmender Tiefe.
  • Seismische Methoden: Basierend auf der Untersuchung von Erdbeben und der Ausbreitung der dabei entstehenden Wellen.

4. Seismische Wellen und der Erdaufbau

• 4.1. Arten von Seismischen Wellen

  • P-Wellen (Primärwellen):
    • Bewegen sich am schnellsten.
    • Sind Longitudinalwellen, die Gesteine abwechselnd komprimieren und entspannen.
    • Können sich durch feste, flüssige und gasförmige Medien ausbreiten.
  • S-Wellen (Sekundärwellen):
    • Bewegen sich langsamer als P-Wellen.
    • Sind Transversalwellen, d.h. sie schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.
    • Können sich nur durch feste Medien ausbreiten.

• 4.2. Wellengeschwindigkeit und Materialeigenschaften

  Die Geschwindigkeit, mit der sich seismische Wellen ausbreiten, hängt von den Eigenschaften der Materialien ab, durch die sie sich bewegen. Jede Änderung der Materialeigenschaften (z.B. Dichte, Aggregatzustand) bewirkt eine Änderung der Wellengeschwindigkeit und -richtung.

5. Der Schichtaufbau der Erde

• 5.1. Erdkern (Core)

  Der zentrale Bereich der Erde, unterhalb der Gutenberg-Diskontinuität, besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel.

  • Äußerer Kern: Er befindet sich in flüssigem Zustand, wird durch Konvektion angetrieben und spielt eine wichtige Rolle bei der Erzeugung des Erdmagnetfeldes.
  • Innerer Kern: Er ist in festem Zustand, in dem Eisen kristallisieren kann und sich im Zentrum ansammelt.

• 5.2. Erdmantel (Mantle)

  Die innere Schicht zwischen der Mohorovičić- und der Gutenberg-Diskontinuität. Er macht etwa 83 % des Gesamtvolumens der Erde aus. Die am häufigsten vorkommenden Elemente sind Sauerstoff (O), Silizium (Si), Magnesium (Mg) und Eisen (Fe).

  • Oberer Mantel: Er liegt unter der Lithosphäre und ist in festem Zustand.
  • Unterer Mantel: Hier finden Konvektionsströme statt, angetrieben durch Temperaturunterschiede.

• 5.3. Erdkruste (Crust)

  Die dünne äußere Schicht der Erde. Sie erstreckt sich von der Oberfläche bis zur Mohorovičić-Diskontinuität. Die Hauptbestandteile sind Sauerstoff (O), Silizium (Si), Aluminium (Al), Eisen (Fe) und Kalzium (Ca).

• 5.4. Lithosphäre

  Die starre äußere Schicht, die die gesamte Kruste und einen Teil des oberen Mantels umfasst.

  • Kontinentale Lithosphäre:
    • Dicke: Zwischen 25 und 70 km.
    • Sehr heterogen und besteht aus Gesteinen unterschiedlicher Dichte.
    • Die untere Hälfte wird von metamorphen Gesteinen dominiert. Sedimentgesteine sind ebenfalls häufig.
  • Ozeanische Lithosphäre:
    • Sehr dünn, Dicke zwischen 5 und 10 km.
    • Besteht aus drei Schichten: Sedimente, Basalt und Gabbro.
    • Ist aus jüngeren Gesteinen aufgebaut.