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Die Schichten der Erde (Credit: www.phys.org)

Die Schichten der Erde liefern Geologen und Geophysikern Hinweise darauf, wie sich die Erde gebildet hat, aus welchen Schichten andere Planetenkörper bestehen, woher die Ressourcen der Erde kommen und vieles mehr. Moderne Fortschritte haben es den Wissenschaftlern ermöglicht, das, was unter unseren Füßen liegt, detaillierter als je zuvor zu untersuchen, und dennoch gibt es immer noch erhebliche Lücken in unserem Verständnis.

Ich hoffe, dass dieser Leitfaden Sie durch die Schichten der Erde führt und Ihnen ein allgemeines Gefühl für unser Verständnis und unsere derzeitigen Lücken vermittelt. Denken Sie daran, dass dies ein Gebiet der laufenden Forschung ist und in den kommenden Jahren und Jahrzehnten wahrscheinlich noch weiter verfeinert wird.

Während meines zweiten Jahres in Edinburgh besuchte ich Jamesons Vorlesungen über Geologie und Zoologie, aber sie waren unglaublich langweilig. Die einzige Wirkung, die sie auf mich hatten, war der Entschluss, niemals, solange ich lebte, ein Buch über Geologie zu lesen. – Charles Darwin

Die Schichten der Erde

Die Erde hat Schichten, nicht unähnlich einer Zwiebel, und kann seziert werden, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften jeder Schicht und ihren Einfluss auf den Rest der Erde zu verstehen. Allgemein gesprochen, hat die Erde 4 Schichten:

• Die äußere Kruste, auf der wir leben
• Der plastikartige Mantel
• Der flüssige äußere Kern
• Der feste innere Kern

USGS)

Bei der Differenzierung der Schichten unterscheiden Geologen zwischen rheologischer und chemischer Unterteilung. Die rheologische Unterscheidung bezieht sich auf den flüssigen Zustand von Gesteinen unter enormem Druck und Temperatur. Zum Beispiel reagiert Gestein unter normalen atmosphärischen Temperaturen und Drücken sehr unterschiedlich auf Dehnungen im Vergleich zu weniger als tausend Kilometern Gestein. Wenn wir die Erde anhand der Rheologie unterteilen, sehen wir die Lithosphäre, Asthenosphäre, Mesosphäre, den äußeren Kern und den inneren Kern.

Um den Unterschied zwischen den verschiedenen Teilen des Mantels oder des äußeren und inneren Kerns zu verstehen, müssen Sie die Phasendiagramme verstehen, auf die ich weiter unten eingehen werde.

Die Erdkruste ist das, worauf Sie und ich leben, und sie ist bei weitem die dünnste der Erdschichten. Die Dicke variiert, je nachdem, wo Sie sich auf der Erde befinden, wobei ozeanische Kruste 5-10 km und kontinentale Gebirgszüge bis zu 30-45 km dick sind. Die dünne ozeanische Kruste ist dichter als die dickere kontinentale Kruste und „schwimmt“ daher im Vergleich zur kontinentalen Kruste tiefer im Erdmantel. Die dünnste ozeanische Kruste findet man entlang der mittelozeanischen Rücken, wo aktiv neue Kruste gebildet wird. Wenn dagegen zwei Kontinente kollidieren, wie im Fall der Indischen Platte und der Eurasischen Platte, erhält man einige der dicksten Abschnitte der Kruste, da sie zusammengepresst wird.

Die Temperaturen innerhalb der Erdkruste variieren von Lufttemperaturen an der Oberfläche bis zu etwa 870 Grad Celsius in tieferen Abschnitten. Bei dieser Temperatur beginnt das Gestein zu schmelzen und der darunter liegende Mantel zu entstehen. Geologen unterteilen die Erdkruste in verschiedene Platten, die sich relativ zueinander bewegen.

Da die Erdoberfläche flächenmäßig meist konstant ist, kann man keine Kruste bilden, ohne eine vergleichbare Menge an Kruste zu zerstören. Durch die Konvektion des darunter liegenden Mantels wird entlang der Mittelozeanischen Rücken Mantelmagma eingeschoben, das ständig neue ozeanische Kruste bildet. Um dafür Platz zu schaffen, muss ozeanische Kruste jedoch subduzieren (unter kontinentale Kruste sinken). Geologen haben die Geschichte dieser Plattenbewegung ausgiebig studiert, aber es fehlt uns an der Bestimmung, warum und wie sich diese Platten so bewegen, wie sie es tun.

Plattentektonische Karte der Erde (Credit: USGS)

Die Erdkruste „schwimmt“ auf dem weichen, plastikartigen Mantel darunter. In einigen Fällen treibt der Mantel eindeutig Veränderungen in der Kruste an, wie bei den Hawaii-Inseln. Es ist jedoch umstritten, ob die Subduktion ozeanischer Kruste und die Spreizung mittelozeanischer Rücken durch einen Schub- oder Zugmechanismus angetrieben wird.

Ganz grob gesagt, besteht ozeanische Kruste aus Basalt und kontinentale Kruste aus granitähnlichem Gestein. Unterhalb der Kruste befindet sich ein fester, relativ kühlerer Teil des oberen Mantels, der mit der Kruste zur Lithosphärenschicht verbunden ist. Die Lithosphäre ist aufgrund ihrer kühlen Temperaturen physikalisch von den darunter liegenden Schichten abgegrenzt und reicht typischerweise 70-100 km in die Tiefe.

Unterhalb der Lithosphäre befindet sich die Asthenosphärenschicht, ein viel heißerer und formbarer Teil des oberen Mantels. Die Asthenosphäre beginnt am Boden der Lithosphäre und reicht etwa 700 km in die Erde hinein. Die Asthenosphäre fungiert als Schmierschicht unter der Lithosphäre, die es der Lithosphäre ermöglicht, sich über die Erdoberfläche zu bewegen.

Erdmantel

Der Erdmantel ist die Schicht der Erde, die unter der Kruste liegt und mit 84 % des Erdvolumens die bei weitem größte Schicht ist. Der Erdmantel beginnt an der Mohorovicic Discontinuity, die auch als Moho bezeichnet wird. Die Moho ist definiert als der Dichtekontrast von der weniger dichten Kruste zum dichteren Mantel und wo die seismischen Wellengeschwindigkeiten zunehmen. Der Mantel verhält sich ähnlich wie Plastik und bei sehr hohen Temperaturen und Drücken ist das Gestein auf geologischen Zeitskalen verformbar. Diese Verformung verursacht einen konvektionsähnlichen Prozess im Erdmantel, bei dem es zu großräumigen Auf- und Abwärtsbewegungen kommt.

Der Erdmantel erstreckt sich bis zu 2.890 km tief in die Erdoberfläche hinein. Die Temperaturen reichen von 500 bis 900 Grad Celsius im oberen Teil bis zu über 4.000 Grad Celsius in der Nähe der Kerngrenze. Es wird angenommen, dass der Erdmantel aus einer Massenmineralogie besteht, die dem Peridotit ähnlich ist. Peridotit in Edelsteinqualität wird Peridot genannt. Wenn Sie also das nächste Mal in einem Schmuckgeschäft sind, werfen Sie einen Blick auf den Peridot und Sie werden etwas sehen, das 84 % der Erde ähnelt!

Das obige Video gibt einen Einblick in die globale Zirkulation von Mantelmagma um die Erde. Natürlich ist dies stark vereinfacht, aber es bietet ein Schema des Prozesses, der Mittelozeanrücken, Vulkane und Berge erzeugt.

Der äußere Kern der Erde

Der äußere Kern ist die flüssige, größtenteils eisenhaltige Schicht der Erde, die unter dem Erdmantel liegt. Dass der äußere Kern flüssig ist, haben Geologen durch seismische Untersuchungen des Erdinneren bestätigt. Der äußere Kern ist 2.300 km dick und reicht bis ca. 3.400 km in die Erde hinab. Niemand hat jemals den äußeren Kern gesehen, aber aufgrund einer Reihe von Indikatoren glauben Geologen, dass der äußere Kern zu 80 % aus Eisen, etwas Nickel und einer Reihe verschiedener leichterer Elemente besteht. Als die Erde vor Milliarden von Jahren abzukühlen begann, sanken schwerere Elemente in das Erdinnere hinab, während weniger dichte Elemente an die Oberfläche stiegen. Daher sehen wir eine allgemeine Zunahme der Dichte, je näher man dem Erdmittelpunkt kommt.

Der äußere Kern ist heiß genug, um geschmolzen zu werden, aber nicht unter genügendem Druck, um das Eisen wieder fest werden zu lassen, wie es im inneren Kern der Fall ist. Die Temperatur des äußeren Kerns reicht von etwa 4.030 bis 5.730 Grad Celsius. Erstaunlicherweise ist der äußere Kern flüssig genug und von so geringer Viskosität, dass er sich möglicherweise schneller dreht als die gesamte Erde. Diese unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit, zusammen mit der Konvektion und der turbulenten Strömung des äußeren Eisenkerns, erzeugt das Magnetfeld der Erde.

NASA)

Der innere Kern der Erde

Der innere Kern ist die innerste Schicht der Erde und ähnelt in vielerlei Hinsicht dem äußeren Kern. Er besteht ebenfalls hauptsächlich aus Eisen und Nickel und hat einen Radius von etwa 1.220 km. Die Unterscheidung zwischen äußerem Kern und innerem Kern ist dichtegetrieben. Die Drücke werden so hoch, dass der innere Kern trotz sehr hoher Temperaturen fest ist. Außerdem ist er angereichert mit ungewöhnlich schweren Elementen wie Gold, Silber, Platin, Palladium und Wolfram.

Die Temperaturen erreichen bis zu 5.400 Grad Celsius und die Drücke bis zu 360 Gigapascal. Der innere Kern ist etwa 70 % des Mondradius groß und hat ungefähr die gleiche Temperatur wie die Oberfläche der Sonne! Lassen Sie uns nun einige häufig gestellte Fragen beantworten, für den Fall, dass Sie nach schnellen Antworten suchen.

Häufig gestellte Fragen zu den Schichten der Erde

• Was ist die äußere Schicht der Erde?
  • Die äußere Schicht der Erde ist die Kruste, eine harte dünne Schicht, die aus kontinentaler und ozeanischer Kruste besteht.
• Was sind die verschiedenen Teile der Erde?
  • Die verschiedenen Teile der Erde sind die Kruste, der Mantel, der äußere Kern und der innere Kern.
• Wie viele Schichten gibt es auf der Erde?
  • Im Allgemeinen gibt es 4 Schichten in der Erde. Es hängt jedoch davon ab, wie man jede Schicht misst, basierend auf physikalischen oder chemischen Eigenschaften.
• Wie tief ist der innere Kern der Erde?
  • Der innere Erdkern beginnt bei 5.150 km von der Erdoberfläche und reicht bis zum Erdmittelpunkt.

Welche Materialien bilden den inneren Kern?

• Der innere Kern besteht zu 80 % aus Eisen und Nickel, dazu kommen Spuren von Schwermetallen.
• Wie tief ist die Erdkruste?
  • Die Erdkruste reicht von 5 bis 60 Kilometern, je nachdem, ob es sich um ozeanische oder kontinentale Kruste handelt