Die Erde: Atmosphäre, Geologie und die Entstehung des Lebens

Die Atmosphäre und ihre Veränderungen

[ITEM 2] - Die Erde: Einige Spurengase kontrollieren das Klima und das Leben. Zum Beispiel sind Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan Treibhausgase, die transparent für die sichtbare Strahlung der Sonne, aber undurchlässig für Infrarotstrahlung sind. Diese Gase absorbieren die von der Erde emittierte Wärme und erhöhen die Temperatur der Erdoberfläche um über 30 °C. Ohne sie läge die Temperatur bei -18 °C. Die Hauptkomponenten der Atmosphäre sind: 78,1 % Stickstoff, 20,9 % Sauerstoff und 1 % Argon.

Warum gibt es flüssiges Wasser auf der Oberfläche?

1. Die Erde ist näher an der Sonne als beispielsweise die Jupitermonde.
2. Aufgrund der Masse der Erde begrenzt der atmosphärische Druck die Verdunstung des Wassers.
3. Wegen der Präsenz von Treibhausgasen in der Atmosphäre.

Das Innere der Erde

Der Erdkern besteht zu 80–90 % aus Eisen und zu 10 % aus Nickel. Die Hitze im inneren Kern, der sich im flüssigen Zustand befindet, stammt von kollidierenden Objekten (Planetesimalen). Diese wurden durch gewaltsame Zusammenstöße so stark erhitzt, dass sie schließlich schmolzen. Wahrscheinlich stammt ein Großteil der Wärme tief im Herzen der Erde aus diesem Prozess.

Seismische Wellen

Seismische Wellen, die durch Erdbeben verursacht werden, durchqueren das Innere des Planeten. Ähnlich wie beim Schall ändern sie ihre Richtung und Geschwindigkeit, wenn sie das Medium wechseln, durch das sie sich ausbreiten. S-Wellen (die sich nicht in Flüssigkeiten ausbreiten) werden ab einer Tiefe von 2900 km nicht mehr übertragen. Dies deutet darauf hin, dass sie auf eine Schicht gestoßen sind, die wir als flüssigen äußeren Kern bezeichnen.

Nachweise der Kontinentaldrift

• Geographische Beweise: Alfred Wegener vermutete, dass die Kontinente in der Vergangenheit vereint waren, da es eine große Übereinstimmung zwischen den Küstenformen der Kontinente gibt. Da diese Kontinente einst zu einem Superkontinent (Pangea) vereint waren, folgt daraus, dass die Stücke zusammenpassen.
• Paläontologische Beweise: Diese beziehen sich auf Fossilien. Studien zeigen, dass prähistorische Lebewesen die Ozeane, die diese Kontinente heute trennen, nicht hätten überqueren können. Dies beweist, dass die Kontinente in einer vergangenen Ära zusammenhingen.
• Geologische und tektonische Beweise: Man erkennt, dass Gesteinsarten, deren Alter und die wichtigsten Gebirgszüge eine physische Kontinuität aufweisen.
• Paläoklimatische Beweise: Es gab Gebiete auf der Erde, deren damaliges Klima sich stark vom heutigen unterschied. Derzeit heiße Gebiete waren mit Eis bedeckt, während Nordamerika und Europa zu dieser Zeit warme Waldgebiete waren.

Die fragmentierte Lithosphäre

Die Energie im Inneren der Erde manifestiert sich in Form von Wärme und Erdbeben. Wenn man die seismischen Quellen und Vulkane auf einer Karte betrachtet, bemerkt man, dass diese nicht zufällig verteilt, sondern linienförmig ausgerichtet sind. Dies legt die Idee einer großen Zersplitterung der Lithosphäre in Lithosphärenplatten nahe.

Wie haben sich die Platten entwickelt?

Die Gesteine des Meeresbodens sind vulkanischen Ursprungs. Betrachtet man das Alter der Gesteine, erkennt man eine merkwürdige Symmetrie: An den mittelozeanischen Rücken sind die Vulkanite jünger, und ihr Alter nimmt zu beiden Seiten des Rückens symmetrisch zu. Fazit: An den Rücken tritt vulkanisches Material aus dem Inneren der Erde aus, wodurch die Lithosphäre ergänzt und der Ozeanboden erweitert wird.

Plattentektonik

Dies ist die Theorie, die die Geschichte der Erde und ihre geologischen Prozesse erklärt. Es wird vorgeschlagen, dass der Wärmespeicher im Kern den Mantel ausreichend erhitzt, sodass Konvektionsströme auftreten: Heiße Materialien steigen auf und kühlen wieder ab. Dies versetzt die Lithosphäre in thermische Bewegung und zerteilt sie in Platten.

Die Lithosphäre in Bewegung

Der Atlantik ist heute etwa 30 Meter breiter als zur Zeit von Kolumbus. Andernorts kollidieren Platten und erzeugen Orogene (Gebirgsketten) an Kontinentalrändern (wie die Anden) oder im Inneren von Kontinenten (wie den Himalaya). In diesen Zonen wird ozeanische Lithosphäre zerstört, indem sie in den Mantel eingeführt wird – ein Prozess, der Subduktion genannt wird.

Schöpfung und Zerstörung des Reliefs

Aufgrund der geringen Dichte der kontinentalen Kruste verdicken sich Orogene; unter dem Einfluss des Auftriebs hebt sich die Kette weiter an, während sie erodiert wird. Das Abtragen des Berges führt zu einer neuen Hebung der Kruste, bis die Dicke wieder normal ist. Wenn der Auftrieb nachlässt, stoppt die Hebung und die Erosion verflacht das Relief. Die Kontinente werden durch diese alten Orogene geformt, die Kratone genannt werden und die ältesten Gesteine der Erde enthalten. Die Zerstörung des Reliefs erfolgt durch fortschreitende Erosion der Kruste. Trotz dieser ständigen Erosion erzeugt die innere Dynamik des Planeten neue Reliefs, solange es interne Konvektion gibt.

Das Rezept des Lebens (C, H, O, N)

[ITEM 3] - Lebende Materie: Die Mehrheit der lebenden Materie besteht aus den Elementen Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff. 98 % unseres Körpers bestehen aus Wasser und Kohlenstoffverbindungen. Die anderen 2 % bestehen aus kleineren Anteilen von Eisen (für Hämoglobin), Selen (für die Leberfunktion), Schwefel (Bestandteil von Haaren und Nägeln) und Kalium (für Nervenimpulse).

Zusammensetzung und Energie

Ein Beispiel (der Apfel): 85 % Wasser, 14 % Kohlenhydrate (Kohlenstoffverbindungen), 1 % Salze und andere Elemente. Energie für das Leben wird durch Photosynthese von Pflanzen, Algen und manchen Bakterien erzeugt. Je nach Herkunft des organischen Materials unterscheidet man autotrophe Organismen (Pflanzen) und heterotrophe Organismen (uns).

Der Ursprung des Lebens

Woher kommt der Kohlenstoff? Er wurde im Inneren der Erde gebildet und sammelte sich dort an. Woher kommt das Wasser? Die beste Hypothese ist, dass es durch Asteroiden auf die Erde gebracht wurde, deren Umlaufbahnen jenseits des Mars liegen.

Evolutionärer Zeitstrahl

1. Photosynthese mariner Organismen
2. Marine Wirbellose
3. Invasion des Festlandes
4. Meerestiere mit Schalen
5. Lungenfische
6. Erste Reptilien
7. Evolution der Reptilien und Nadelbäume
8. Erste Dinosaurier
9. Frühe Vögel
10. Aussterben der Dinosaurier
11. Blütenpflanzen
12. Dominanz der Säugetiere (erste Affen)
13. Homo sapiens

Genetische Drift und Radiation

Die genetische Drift ist eine evolutionäre Kraft, die zusammen mit der natürlichen Selektion die Eigenschaften von Spezies im Laufe der Zeit verändert. Evolutionäre Radiation: Wenn Kontinente vereint sind, neigen Arten dazu, durch Wettbewerb eliminiert zu werden. Wenn jedoch ein Superkontinent (Pangea) auseinanderbricht, entstehen neue Umgebungen und die Anzahl der Arten steigt.

Fragen zur Erdgeschichte

Ist es wahr, dass man verschiedene Schichten von Pyrit fand, bevor es Sauerstoff gab? Ja, das ist korrekt, da Pyrit bei Anwesenheit von freiem Sauerstoff nicht stabil geblieben wäre. Was ist der Ursprung des Homo sapiens? Er stammt vom Homo heidelbergensis ab.