Das Sonnensystem und die dynamische Erde

Drehimpuls und Entstehung

Bei der Entstehung des Sonnensystems spielen Kontraktion und Rotation unter dem Einfluss der Schwerkraft eine Rolle, was zum Drehimpuls führt.

Probleme beim Drehimpuls:

• Die Sonne besitzt den Großteil der Masse, aber die Planeten besitzen den Großteil des Drehimpulses des Systems.
• Die Drehrichtung einiger Körper (z.B. Venus, Uranus) weicht von der allgemeinen Richtung ab.

Sonnensystem

Sonne

Die Sonne besitzt eine sichtbare Schicht, die Photosphäre, gekennzeichnet durch hohe Temperaturen und Phänomene wie Sonneneruptionen. In der Photosphäre befinden sich Sonnenflecken (Bereiche mit niedrigerer Temperatur und starken Magnetfeldern). Darüber liegt die Korona, die äußere Sonnenatmosphäre.

Planeten

• Merkur
• Venus
• Erde
• Mars
• Jupiter
• Saturn
• Uranus
• Neptun

Asteroidengürtel

Die Titius-Bode-Reihe beschreibt näherungsweise die Abstände der Planeten von der Sonne. Sie deutete auf eine Lücke zwischen Mars und Jupiter hin, wo sich der Asteroidengürtel befindet. Pluto passt nicht in dieses Schema.

Gesteinsplaneten (Innere Planeten)

Merkur

• Kleinster Planet
• Keine nennenswerte Atmosphäre
• Schnellste Umlaufbahn um die Sonne
• Sehr langsame Rotation
• Temperaturen: Tag ca. 430°C, Nacht ca. -180°C
• Sehr hohe Dichte

Venus

• Sehr dichte Atmosphäre (ca. 96% CO₂)
• Oberflächentemperatur über 460°C (starker Treibhauseffekt)
• Retrograde (entgegengesetzte) Rotation
• Oberfläche mit Vulkanen, Bergen und Ebenen

Erde

Ein dynamischer Planet mit Atmosphäre, Hydrosphäre und geologischer Aktivität (Details siehe unten).

Mars

• Roter Planet (Eisenoxide im Oberflächengestein)
• Dünne Atmosphäre (hauptsächlich CO₂)
• Durchschnittstemperatur ca. -63°C

Gasplaneten (Äußere Planeten)

Jupiter

• Größter Planet
• Atmosphäre mit sichtbaren Gasbändern (Konvektionszonen) parallel zum Äquator
• Besitzt viele Monde (über 90 bekannt)
• Großer Roter Fleck (langlebiger Wirbelsturm)

Saturn

• Zweitgrößter Planet
• Besitzt über 140 bekannte Monde
• Ausgeprägtes Ringsystem (hauptsächlich aus Eispartikeln, Gestein und Staub)

Uranus

• Extrem geneigte Rotationsachse ("liegt auf der Seite")
• Besitzt über 25 bekannte Monde
• Eisriese

Neptun

• Atmosphäre enthält Wasser, Ammoniak, Methan (verleiht ihm die blaue Farbe)
• Besitzt über 10 bekannte Monde
• Eisriese

Zwergplaneten

• Ceres: Befindet sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter.
• Pluto: Befindet sich jenseits von Neptun im Kuipergürtel.
• Eris: Befindet sich ebenfalls jenseits von Neptun (in der Streuscheibe).

Die Erde: Ein dynamischer Planet

Die Erde unterliegt ständigen Veränderungen durch die Einwirkung von Sonnenenergie (extern) und innerer Energie (intern). Die durch Sonnenenergie verursachten Änderungen beeinflussen Atmosphäre, Hydrosphäre sowie Gesteine und Landschaften (Oberfläche).

Atmosphäre

Zusammensetzung: ca. 78% Stickstoff (N₂), 21% Sauerstoff (O₂), 0,9% Argon (Ar), 0,04% Kohlendioxid (CO₂) und Spurengase.

Schichten der Atmosphäre

• Troposphäre: Die Temperatur sinkt mit zunehmender Höhe. Hier findet das Wetter statt.
• Stratosphäre: Die Temperatur steigt mit der Höhe an. Enthält die Ozonschicht (O₃), die uns vor UV-Strahlung schützt.
• Mesosphäre: Die Temperatur sinkt wieder mit zunehmender Höhe. Hier verglühen die meisten Meteoroide.
• Thermosphäre (Ionosphäre): Die Temperatur steigt stark an. Enthält ionisierte Gase (Ionosphäre), die für Polarlichter wichtig sind und vor energiereicher Strahlung schützen.
• Exosphäre: Äußerste Schicht, Übergang zum Weltraum.

Schutzfunktion

Die Atmosphäre (insbesondere Ozon- und Ionenschichten) schützt uns vor schädlicher UV- und Röntgenstrahlung sowie vor kleineren Meteoroiden.

Regulationsfunktion (Temperatur)

Dank der Anwesenheit von Treibhausgasen wie CO₂ wird die Temperatur der Erde reguliert (natürlicher Treibhauseffekt).

Treibhauseffekt

Einige Gase in der Atmosphäre, wie Wasserdampf (H₂O), Methan (CH₄) und vor allem Kohlendioxid (CO₂), werden Treibhausgase genannt. Die Erde strahlt die von der Sonne empfangene Energie als Infrarotstrahlung wieder ab. Treibhausgase absorbieren einen Teil dieser Infrarotstrahlung und strahlen sie zurück zur Erdoberfläche. Dies führt zu einer Erwärmung der unteren Atmosphäre und der Oberfläche auf eine globale Durchschnittstemperatur von ca. +15°C. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt läge die Durchschnittstemperatur bei etwa -18°C.

Hydrosphäre

Umfasst alles Wasser auf der Erde (Ozeane, Seen, Flüsse, Eis, Grundwasser, Wasserdampf). Der Wasserkreislauf findet hier statt. Meeresströmungen entstehen durch Winde, Erdrotation (Corioliskraft) und Unterschiede in Temperatur und Salzgehalt.

Erosion und Sedimentation

Externe geologische Prozesse (durch Wind, Wasser, Eis, Schwerkraft) verändern die Landschaft und Gesteine durch Erosion (Abtragung), Transport und Sedimentation (Ablagerung).

Indirekte Untersuchungsmethoden der Erde

Da das tiefe Erdinnere nicht direkt zugänglich ist, werden indirekte Methoden verwendet.

Gravimetrische Methode

Untersucht Variationen im Schwerefeld der Erde. Die Schwerkraft ist nicht gleichmäßig verteilt; sie ist stärker in Gebieten mit dichterem Material im Untergrund und schwächer in Gebieten mit leichterem Material. Dies gibt Hinweise auf die Massenverteilung im Erdinneren.