Grundlagen der Geowissenschaften: Aufbau, Bewegungen und Phänomene der Erde

Grundlagen der Geowissenschaften

Die Erde ist in verschiedene Schichten gegliedert, die vom Zentrum zur Peripherie reichen:

Der Aufbau der Erde

Die inneren Schichten der Erde

• Der Erdkern: Seine Entdeckung erfolgte durch die Beobachtung eines Schattenbereichs auf der Erdoberfläche (zwischen 103° und 143°), der durch seismische Wellen entsteht.
• Der Erdmantel: Er ist eine feste Schicht von fast 2900 km Dicke. Das Material ist im äußeren Bereich plastisch und wird mit zunehmender Tiefe fester.
• Die Erdkruste: Die äußerste Schicht der Erde, deren Eigenschaften sich deutlich vom darunter liegenden Mantel unterscheiden. Sie besteht aus zwei Haupttypen:
  • Die kontinentale Kruste (SIAL): Besteht hauptsächlich aus Silizium- und Aluminiumverbindungen.
  • Die ozeanische Kruste (SIMA): Besteht hauptsächlich aus Magnesium-Silikat-Mineralien und ähnelt Gesteinen wie Gabbro und Basalt.

Die äußeren Sphären der Erde

• Die Hydrosphäre: Umfasst das gesamte Wasser der Erde: in fester Form (Eis an den Polen und Gletschern) und in flüssiger Form (Meere, Ozeane, Flüsse und Seen).
• Die Lithosphäre: Sie umfasst die feste äußere Schicht der Erde, einschließlich der Kruste und des obersten Mantels. Ihre Hauptbestandteile sind Gesteine wie Granit und Basalt. Ihre Dicke variiert zwischen 5 und 70 km.
• Die Atmosphäre: Die Gashülle, die die Erde umgibt, wird unterteilt in:
  • Die Ionosphäre: Eine Schicht zwischen 50 und 400 km Höhe. In dieser Atmosphärenschicht ist die Sonnenstrahlung am intensivsten.
  • Die Stratosphäre: Die Schicht zwischen 10 und 50 km Höhe. Sie ist sehr wichtig, da sie die höchste Konzentration an Ozon enthält.
  • Die Troposphäre: Die Schicht zwischen der Erdoberfläche und 10 km Höhe. Sie enthält den höchsten Anteil an essentiellen Gasen, die für das Leben notwendig sind, wie zum Beispiel Sauerstoff.
• Die Biosphäre: Umfasst alle Lebensformen auf der Erde und die Bereiche, in denen Leben existiert. Ihre wichtigsten Bestandteile sind Verbindungen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.

Die Form der Erde

Schon seit der Antike ist bekannt, dass die Erde rund ist. Wer am Meer oder an einem See lebt, bemerkt, wie Boote am Horizont allmählich verschwinden. Dieses Phänomen, das die Krümmung der Meeresoberfläche und des Landes zeigt, ist ein Beweis für den Krümmungsradius der Erde.

Die Position der Erde und ihre Achse

Die Rotation der Erde erzeugt eine Rotationsachse. Die Schnittpunkte dieser Achse mit der Erdoberfläche stellen die beiden Pole des Planeten dar. Die geografische Breite wird in Grad nördlich und südlich des Äquators gemessen. Diese Positionen werden durch astronomische Beobachtungen bestimmt.

Die Vermessung der Erde

Um die Dimensionen der Erde – ihren Radius, ihre Oberfläche und ihr Volumen – genau zu bestimmen, beginnt man mit der Messung ihres Umfangs. Der Wert der Erdabplattung wird durch die Differenz zwischen dem Äquatorradius (6378,5 km) und dem Polarradius (6356,5 km) bestimmt, die 22 km beträgt. Dies entspricht nur 0,33 % des Radius, was vom Boden aus nicht sichtbar ist.

Die Bewegungen der Erde

• Die Erdrotation: Die Erde dreht sich um ihre polare Achse. Eine vollständige Rotation dauert 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden. Dies definiert den Tag als Zeiteinheit und führt zum Wechsel von Tag und Nacht sowie zur Abplattung an den Polen und zur Ausbuchtung am Äquator.
• Die Erdrevolution (Umlauf um die Sonne): Die Erde bewegt sich in einer vollständigen Umrundung um die Sonne in 365 Tagen (genauer: 365 Tage, 5 Stunden und 46 Sekunden). Sie bewegt sich dabei auf einer Umlaufbahn, die in einer imaginären Ebene liegt, die als Ekliptik bezeichnet wird.

Gezeiten

Gezeiten sind die periodischen Bewegungen des Meeresspiegels, die durch die Anziehungskraft des Mondes und der Sonne verursacht werden. Die dem Mond zugewandte Seite der Erde wird stärker angezogen als die abgewandte Seite. Dies führt dazu, dass das Wasser auf der mondzugewandten Seite und auf der gegenüberliegenden Seite (aufgrund der Trägheit) angezogen wird, was zu Flut (Hochwasser) führt. An den dazwischenliegenden Seiten entsteht Ebbe (Niedrigwasser).

Finsternisse

• Sonnenfinsternis: Tritt auf, wenn der Mond zwischen Sonne und Erde steht und alle drei Himmelskörper in einer geraden Linie liegen.
• Mondfinsternis: Tritt auf, wenn die Erde zwischen Sonne und Mond steht und alle drei Himmelskörper in einer geraden Linie liegen (180-Grad-Winkel).