Techniklexikon

Erde

Umwelt- und Geophysik, der grösste der terrestrischen Planeten. Die Erde ist zusammen mit der Sonne und den übrigen Planeten des Sonnensystems vor etwa 4,75 Milliarden Jahren aus einem protosolaren Urnebel entstanden (Erdentstehung, Akkretion, (Abb. 1). Aufgrund der besonderen Bedingungen ihrer weiteren Entwicklung ist die Erde der einzige Planet des Sonnensystems, der Leben in der uns bekannten Form ermöglicht. Eine wichtige Rolle spielen hierbei die Atmosphäre, das Erdmagnetfeld (Geomagnetismus) und das Vorkommen flüssigen Wassers (Hydrosphäre) (Abb. 2).

Die Erde umläuft die Sonne mit einer mittleren Geschwindigkeit von 29,8 km / s auf einer elliptischen Bahn im Abstand von (147,1-152,1) · 10⁶ km. Der mittlere Abstand von 149,6 · 10⁶ km ist als Astronomische Einheit definiert. Die Erdachse vollführt wie ein Kreisel eine teils periodische, teils irreguläre Taumelbewegung bezogen auf die Erdbahnebene (Präzession, Nutation, Polhöhenschwankung). Diese führt zu einem Wandern des Frühlingspunktes und damit der Koordinaten von Sternpositionen am Himmel. Aus diesem Grunde bezieht man Sternkoordinaten stets auf eine bestimmte Epoche. Die Neigung der Äquatorebene gegen die Bahnebene (zur Zeit 23°26\' ) ist die Ursache für die Jahreszeiten, ihre Verlagerung hat Einfluss auf das klimatische Verhalten der Erde (Klimaänderungen, Milankovic-Zyklen).

Eine weitere Folge der Erdrotation sind Abweichungen der Erdgestalt von der idealen Kugelform, die tatsächliche Form der Erde wird Geoid genannt. Wegen dieser Abweichungen und aufgrund der unregelmässigen Massenverteilung im Erdinneren ist die Schwerebeschleunigung abhängig vom geographischen Ort, sie schwankt zwischen 9,78 m / s² am Äquator und 9,83 m/s² an den Polen (Schwereanomalie, Geodynamik).

Der innere Aufbau des Erdkörpers wurde in erster Linie durch seismische Untersuchungen (Seismologie) erschlossen. So weisen Änderungen in den Ausbreitungsgeschwindigkeiten seismischer Wellen ebenso wie die Eigenschwingungen der Erde als Folge von Erdbeben auf stoffliche und strukturelle Unterschiede im Erdkörper hin. Hieraus wurde eine grobe schalenartige Gliederung abgeleitet: der Erdkern, der sich aus dem festen inneren Kern in ca. 6371-5120 km Tiefe und dem niedrigviskosen äusseren Kern (ca. 5120-2900 km) zusammensetzt, der elastisch-viskose Erdmantel (ca. 2900-70 km) und die spröd-elastische Erdkruste, deren Mächtigkeit zwischen 7 und 70 km schwankt. Zwischen Kern und Mantel befindet sich die sog. D\'\' - Schicht (Abb. 2). Neben dieser Gliederung aufgrund der seismischen Geschwindigkeiten lässt sich der Erdkörper in seinem oberen Bereich auch durch seine rheologischen Eigenschaften (Viskosität, Verformbarkeit) charakterisieren (Rheologie der Erde). Man unterscheidet die relativ steife Lithosphäre, welche die Erdkruste und den obersten Teil des Mantels umfasst, von der darunterliegenden, bis in Tiefen von etwa 250 km reichenden, nachgiebigen Asthenosphäre. Der Übergang zwischen beiden dürfte ziemlich stetig verlaufen. Während als Hauptbestandteile von Kruste und Mantel überwiegend silicatische Gesteine auftreten, dürfte der Kern vorwiegend aus Eisen und Nickel mit einigen leichteren Beimengungen bestehen (Petrophysik). Zum radialen Verlauf weiterer physikalischer Parameter Erde, Druckverteilung in der, Erde, Dichteverteilung in der, geothermische Energie (Abb. 3).

Die Physiographie der Erdoberfläche wird durch Prozesse bestimmt, die bis tief in den Erdmantel hinabreichen (Geodynamik). Dies wird von der Theorie der globalen Plattentektonik erklärt. Danach lässt sich die Lithosphäre in mehrere, in sich relativ starre Platten aufteilen, deren Neubildung, Verschiebung und Vernichtung sich in Erdbeben, Vulkanismus und der Entstehung grosstektonischer Strukturen, wie Gebirge und Gräben, äussert. Die Evolution der Kontinente ist Gegenstand der Paläogeophysik (Abb. 4). Als Energiequelle der Plattentektonik werden grossräumige Konvektionsströmungen im Erdmantel (Konvektion) und gravitative Instabilitäten der Lithosphärenplatten angenommen (Abb. 5). [HM3, TB]

 

Erde: Erddaten.

Äquatorradius [km]	6378,137
Polradius [km]	6356,752
Abplattung	1 : 298,257
mittlerer Radius [km]	6371,01 ± 0,02
Oberfläche Erde [km2]	5,10 · 108
Oberfläche Land [km2]	1,48 · 108
Oberfläche Ozeane [km2]	3,62 · 108
Volumen [km3]	108,321 · 1010
Masse Erde [kg]	5,9736 · 1024
Masse Atmosphäre [kg]	5,1 · 1018
Masse Ozeane [kg]	1,4 · 1021
Masse Kruste [kg]	2,6 · 1022
Masse Mantel [kg]	4,043 · 1024
Masse äusserer Kern [kg]	1,835 · 1024
Masse innerer Kern [kg]	9,675 · 1022
mittlere Dichte [kg / m3]	5515
Schwerebeschleunigung am Äquator [m / s2]	9,780327
Schwerebeschleunigung an den Polen [m / s2]	9,832186
mittlerer Sonnenabstand [km] (1 Astronomische Einheit)	1,495978 · 108
mittlerer Mondabstand [km]	384400
siderische Umlaufzeit [d]	365,242190
siderische Rotationsperiode [h]	23,93419
Exzentrizität der Bahn	0,0167
Neigung des Äquators gegen Bahnebene	23°26¢21",4119
magnetische Totalintensität [T] (Frankfurt, 1980)	47,6 × 10-6
geomagnetischer Nordpol (1980)	78,8°N, 70,9°W

 

Erde 1: Weltraumaufnahme der Erde.

Erde 2: Raumbereiche der Erde.

Erde 3: Seismische Geschwindigkeiten, Dichte r, Druck p, Schwere g und Temperatur T im Erdinneren.  v _s = S-Wellengeschwindigkeit;  v _p = P-Wellengeschwindigkeit.

Erde 4: Perioden der Erdgeschichte. Die Zahlen sind Zeitangaben in Mio. Jahren.

Erde 5: Überhöhte Falschfarbendarstellung des Erdkörpers, beruhend auf Satellitenvermessungen der Ozeanoberflächen. Die Eindellungen geben die Abweichung von einem idealen Referenzellipsoiden wieder. Die Abweichung reicht von -105 m (blau) bis hin zu +85 m (pink).

(Quelle: ESA/D-PAF, GFZ Potsdam)