Erdaufbau und Geomagnetismus: Lithosphäre, Asthenosphäre, Erdkern

Lithosphäre und Asthenosphäre

Die Lithosphäre: Aufbau und Platten

Die Lithosphäre ist die äußerste, starre Schicht der Erde und besteht aus der Erdkruste und dem obersten Teil des Erdmantels. Diese Schicht ist in große, sich bewegende Platten, die sogenannten tektonischen Platten, zerbrochen. Man unterscheidet hauptsächlich zwei Typen von Lithosphärenplatten:

• Ozeanische Lithosphärenplatten: Diese bestehen vorwiegend aus ozeanischer Kruste, die hauptsächlich durch Basalt gebildet wird.
• Kontinentale Lithosphärenplatten: Diese setzen sich aus kontinentaler Kruste zusammen, die primär aus Granit besteht.

Die Asthenosphäre: Gleitschicht der Platten

Die Asthenosphäre ist eine duktile (plastisch verformbare) Schicht im oberen Erdmantel, die sich direkt unter der starren Lithosphäre befindet. Die Lithosphärenplatten gleiten mit Geschwindigkeiten von mehreren Zentimetern pro Jahr über diese Schicht. In den 1970er und 1980er Jahren wurde angenommen, dass die Asthenosphäre eine durchgehende Schicht ist, die als eine Art "Schmiermittel" oder Gleitebene für die Lithosphäre dient. Ohne diese Schicht wäre die Bewegung der Lithosphäre aufgrund der Reibung mit dem darunterliegenden Mantel unmöglich.

Der Erdkern: Entstehung und Zusammensetzung

Die immense Hitze im Erdinneren, verursacht durch Kollisionen während der Planetenentstehung und den Zerfall radioaktiver Elemente, führte dazu, dass der junge Planet vor etwa 4,5 Milliarden Jahren fast vollständig schmolz. Dieser Schmelzprozess ermöglichte die Differentiierung der Materialien: Schwerere Elemente wie Eisen sanken ins Zentrum und bildeten den metallischen Kern, während leichtere, silikatische Materialien wie Peridotit den felsigen Mantel bildeten. So besitzen alle terrestrischen Planeten einen metallischen Kern und einen felsigen Mantel.

Erdkern und Erdmagnetismus

Dynamo-Effekt und Magnetfeld

Der äußere Erdkern ist flüssig und erreicht Temperaturen von über 3000 Grad Celsius bei einem Druck von mehreren Millionen Atmosphären. Unter diesen extremen Bedingungen verhält sich Eisen flüssig. Die Temperatur an der Basis des äußeren Kerns ist etwa 1000 Grad Celsius höher als an seiner Oberseite. Dieser signifikante Temperaturunterschied, gepaart mit der Fließfähigkeit des Materials, erzeugt heftige Konvektionsströme.

Da das Eisen im äußeren Kern ionisiert ist, werden positive und negative Ladungen getrennt und durch diese zirkulierenden Ströme bewegt. Diese Bewegung erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, das an der Erdoberfläche spürbar ist. Die Konvektionsströme im äußeren Kern sind auch der Grund, warum die magnetischen Pole sehr nahe an den geografischen Polen liegen.

Paläomagnetismus und Erdgeschichte

Das Studium des Paläomagnetismus, des remanenten Magnetismus in alten Gesteinen, zeigt, dass das Erdmagnetfeld im Laufe der Erdgeschichte bemerkenswerte Schwankungen erfahren hat, einschließlich Perioden der Abschwächung oder Polumkehr.

Die Wärmequelle des Erdinneren

Die innere "Wärmemaschine" der Erde, die geothermische Energie, die das Erdinnere besitzt, stammt fast ausschließlich aus der Restwärme, die während ihrer Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren freigesetzt wurde.