Lexikon Geologie Geografie Geowissenschaften  
Suche :        
   A   B   C   D   E   F   G   H   I   J   K   L   M   N   O   P   Q   R   S   T   U   V   W   X   Y   Z   #   

 

 
 

Schalenbau der Erde

 
     
  der Aufbau der Erde ist konzentrisch schalenförmig und wird deshalb in einzelne Geosphären untergliedert. Die äusserste Schale bildet die gasförmige Atmosphäre gefolgt von der Biosphäre und Hydrosphäre. Im Erdinneren setzt sich der Schalenbau fort und ist im Prinzip dreigeteilt, in Erdkruste (0–max. 70 km), Erdmantel (70–2898 km) und Erdkern (2898–6371 km) (Abb. 1). Das Volumen der Erde beträgt 1,083·1021 m3. In Volumenprozent ausgedrückt hat der Mantel (inklusive Kruste) einen Anteil von 83,6 Vol.-%, der Kern von 16,3 Vol.-% des gesamten Volumens der Erde. Die gesamte Masse beträgt 5,973·1024 kg. Die Massenverteilung ist durch die unterschiedliche Dichte der vorherrschenden Phasen in den Schalen bedingt: Erdkern= 1,883·1024 kg (31,6 Gew.-%), Mantel=4,06·1024 kg (68,0 Gew.-%) und Kruste 2,6·1022 kg (0,4 Gew.-%).


Zusätzlich zu dieser traditionellen Einteilung lassen sich durch die moderne Seismologie weitere Unterteilungen finden. Diese sind vor allem durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der P-Wellen und S-Wellen (Seismik) geprägt. Von ca. 70–250 km Tiefe werden die seismischen Wellengeschwindigkeiten reduziert, und deshalb wir diese Zone »low velocity zone« (Niedriggeschwindigkeitszone) oder auch Asthenosphäre genannt. Die darüberliegenden starren Gesteinskomplexe werden Lithosphäre (Erdkruste plus nicht duktiler, starrer Teil des Erdmantels)
bezeichnet. Man unterteilt die Erdkruste weiterhin in eine kontinentale Kruste, durchschnittlich 35 km
mächtig, und eine ozeanische Kruste, durchschnittlich 8 km mächtig. Die Kruste (P-Wellen-Geschwindigkeiten von 6-7 km/s) wird durch die sog. Moho (Mohorovi Schalenbau der Erde
ic´-Diskontinuität)
vom Erdmantel (P-Wellen-Geschwindigkeiten von ca. 8 km/s) getrennt. Zwischen 400 und 1000 km
Tiefe (sog. »transition zone«) treten zwei weitere seismische Diskontinuitäten auf: eine bei 400 km,
die auf einer Phasentransformation des Olivins in eine Spinellstruktur begründet ist, und eine bei 670
km Tiefe, die auf eine Strukturänderung der meisten Silicate zu einer Perowskitstruktur bestimmt
wird. Der ganze Bereich zwischen ca. 70 km und ca. 670 km Tiefe wird oberer Erdmantel genannt.
Der untere Erdmantel erstreckt sich von ca. 670 km bis 2898 km Tiefe. An der Grenze unterer
Mantel/äusserer Kern kommt es zu einer drastischen Reduzierung der P-Wellen-Geschwindigkeiten aufgrund des flüssigen Zustandes des äusseren Kerns, der bis zu einer Tiefe von 5145 km reicht.
Daran schliesst sich der feste innere Erdkern bis zum Mittelpunkt der Erde (6371 km) an.
Der Grund für die Entstehung des schalenförmigen Aufbaus der Erde ist bei der Entwicklung des Planeten Erde (Akkretion, Differentiation) zu finden. Es gibt im Prinzip zwei Modelle zur Entstehung
der Erde. Beim homogenen Akkretionsmodell ist vor ca. 4,46 Mrd. Jahren eine gravitative Trennung
durch Differentiation von Erdkern und Erdmantel erfolgt. Beim heterogenen Akkretionsmodell ist
zuerst der siderophile Erdkern (geochemischer Charakter der Elemente) und später der silicatische
Erdmantel entstanden. Das homogene Akkretionsmodell wird heute von vielen Wissenschaftlern
favorisiert. Bei beiden Modellen entstand im Anschluss daran durch Differentiation aus dem Erdmantel
die Erdkruste (mindestens 3,9 Mrd. Jahre alt), die im Laufe der geologischen Entwicklung
Veränderungen unterlegen war. Etwa zur gleichen Zeit entstanden die Vorstufen der heutigen
Hydrosphäre und Atmosphäre, die aber unterschiedlich von den jetzigen chemischen
Zusammensetzungen sind (Atmosphäre). Die chemische Zusammensetzung der einzelnen Schalen (chemische Zusammensetzung der Erde)
ist sehr heterogen. Die acht häufigsten Elemente der gesamten Erde sind in Abb. 2 dargestellt.
Zusammen machen diese acht Elemente mehr als 99% der Masse der Erde aus. Ca. 90% der Erde
sind aus den vier Elementen Eisen, Sauerstoff, Silicium und Magnesium aufgebaut. Der Erdkern besteht dabei hauptsächlich ( > 90%) aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Die restlichen
Elemente sind wahrscheinlich Schwefel und/oder andere leichte Elemente. Der Kern entstand durch
Schmelzbildung und Differentiation in der Anfangsphase des Planeten Erde. Da Eisen eine grössere
Dichte hat als die anderen drei häufigsten Elemente der Erde (Sauerstoff, Silicium, Magnesium),
fraktionierte der grösste Teil des Eisens als Schmelze in dem Kern. Die Schmelzkurve von Eisen bei
Drucken von mehreren 100 GPa ist heute noch nicht genau bekannt und deshalb Gegenstand der
Forschung. An der Kern-Mantel-Grenze sind anhand von Experimenten bei hohen Drucken
Temperaturen von 3700-4500ºC gefordert worden, an der Grenze innerer/äusserer Kern
Temperaturen von 4600-6100ºC. Im inneren Kern ist der Druck so gross, dass auch die dort
herrschenden Temperaturen von mindestens 4600ºC nicht mehr ausreichen, um die
Eisen-Nickel-Legierung im schmelzflüssigen Zustand zu halten. Die grossen Unsicherheiten in der
Temperaturbestimmung sind in der schwierigen Messung von solchen hohen Temperaturen zu
suchen. Erzeugt werden diese Temperaturen in Experimenten von einem Laser, gleichzeitig werden
die hohen Drucke von bis zu 200 GPa in einer sog. Diamantstempel-Zelle erzeugt. Der obere Erdmantel stellt nach den Modellvorstellungen den verarmten Teil des Mantels dar, aus
dem die Erdkruste differenziert ist. Der untere Mantel stellt nach diesem Modell den nicht
fraktionierten Anteil des Mantels dar. Die Zusammensetzung des Mantel ist silicatisch. Die
Hauptphasen sind Mischkristalle der Phasen Olivin, Orthopyroxen, Klinopyroxen und dazu noch Spinell und Granat.
Die Erdkruste wird wie beschrieben in eine ozeanische Erdkruste und eine kontinentale Kruste
unterteilt. Die ozeanische Kruste wird kontinuierlich an den ozeanischen Rücken gebildet und ist das
Produkt einer partiellen Schmelze des peridotitischen oberen Mantels. An den Subduktionszonen der
Plattenrändern wird die ozeanische Kruste unter eine kontinentale oder eine ozeanische Kruste
subduziert und damit wieder verbraucht. Die Lebensdauer dieser Kruste liegt bei ca. 200 Mio. Jahren.
Die Zusammensetzung ist einheitlich von basaltischem tholeiitischen Chemismus. Die kontinentale
Kruste kann in einen oberen und eine unteren Krustenabschnitt gegliedert werden. Die untere Erdkruste ist aus granulitfaziellen Gesteinen (Granulitfazies) aufgebaut, während die obere
hauptsächlich aus granitischen Gesteinen besteht.
Literatur: [1] Turcotte, D.L., Schubert, G. (1982): Geodynamics. - John Wiley & Sons. [2] Siever, R. (1985): Earth. - New York. [3] Philpots, A.R. (1990): Principles of igneous and metamorphic
Petrology. - Princeton University press. [4] Lowrie, W. (1997): Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press.


Schalenbau der ErdeSchalenbau der Erde 1: der Schalenbau der Erde mit Angaben zur Tiefe, Druck, Temperatur und seismischen Wellengeschwindigkeiten.

Schalenbau der ErdeSchalenbau der Erde 2: durchschnittliche chemische Zusammensetzung des Erdkerns, des Erdmantels und der Erdkruste.
 
 

 

 

 
 
Ein Bookmark auf diese Seite setzen:
 
 

 

 

 
 
<< vorheriger Begriff
 
nächster Begriff >>
Schafskälte
 
Schalenblende
 
     

Weitere Begriffe : Tidestrom Meeresspiegelschwankungen Röntgen-Topographie

 

 
Startseite GeoDZ
Copyright © 2010 GeoDZ.com. All rights reserved.  Nutzungsbedingungen  |  Datenschutzbestimmungen  |  Impressum