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Das Erdinnere & Plattentektonik
Copyright © 1995-1997 by Rosanna L. Hamilton.
Alle Rechte vorbehalten.
A theory is a tool - not a creed. -J. J. Thomson
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Inhalt
Wie ein Kind, das ein ungeöffnetes Geschenk schüttelt,
um den Inhalt zu erkennen, müssen auch wir Menschen auf
die Klänge und Erschütterungen unserer
Erde achten, um etwas über ihr
Inneres zu entdecken. Genau dies leistet die Seismologie, die
zur wichtigsten Methode wurde, die zum Studium des Erdinneren
Verwendung findet. Seismos kommt aus dem Greichischen und
bedeutet Stoß, Schlag; im Sinne von Erdbeben, Schüttler
oder gewaltsam bewegt. Die Seismologie beschäftigt sich
mit dem Studium der Vibrationen, die von Erdbeben, dem Einschlag
eines Meteoriten oder künstlichen
Erschütterungen wie Explosionen ausgeht. Bei solchen
Gelegenheiten wird ein Seismograph verwendet, um die
tatsähclichen Bewegungen und Vibrationen in der Erde
und am Baoden zu messen und aufzuzeichnen.
Arten seismischer Wellen
(Nach Beatty, 1990.)
Die Wissenschaftler teilen seismische Wellen in vier Arten
diagnostischer Wellen ein, die sich mit Geschwindigkeiten von drei bis
15 Kilometern pro Sekunde ausdehnen. Zwei dieser Wellenarten verlaufen
in rollenden Wogen über die Erdoberfläche. Die anderen
beiden, primäre (P) oder Kompressionswellen und sekundäre (S)
oder Schnittwellen, dringen in das Erdinnere ein. Primäre Wellen
komprimieren und entspannen die Materie, durch die sie wandern (sowohl
Gestein wie auch Flüssigkeiten), ähnlich den Schallwellen.
Sie können sich auch doppelt so schnell wie S-Wellen bewegen.
Sekundäre Wellen breiten sich durch Felsen aus, können
aber keine Flüssigkeiten durchdringen. Sowohl P- wie auch
S-Wellen werden an Punkten, an denen Schichten mit unterschiedlichen
physikalischen Eigenschaften an einanderstoßen, gebrochen
und reflektiert. Sie beide verlangsamen sich auch, wenn sie sich durch
heißere Materie fortpflanzen. Diese Veränderungen sind
die wichtigsten Anhaltspunkte zur örtlichen Bestimmung dieser
Übergänge.
Schichten im Erdinneren
(Nach Beatty, 1990.)
Seismische Übergänge helfen bei der Einteilung der Erde
in einen Inneren Kern, einen Äußeren Kern, einer D"-Schicht,
Unterer Mantel, einer Übergangszone, dem Oberen Mantel und der
Kruste (sowohl ozeanische wie auch kontinentale). Laterale
Übergänge können ebenfalls unterschieden und in einer
seismischen Topographie dargestellt werden, sollen aber hier nicht
weiter besprochen werden.
- Innerer Kern: 1,7% der Erdmasse; Tiefe von 5.150-6.370 Kilometer
Der Innere Kern ist fest und nicht mit dem Mantel verbunden, weil beide
vom geschmolzenen Äußeren Kern getrennt werden. Man glaubt, er
habe sich als Resultat des Druckgefrierens verfestigt, wie es bei
Flüssigkeiten auftritt, sobald die Temperatur fällt oder der
Druck steigt.
- Äußerer Kern: 30,8% der Erdmasse; Tiefe von 2.890-5.150 Kilometer
Der äußerer Kern besteht aus einer heißen,
elektrisch leitenden Flüssigkeit, in der
konvektive Bewegungen auftreten.
Diese leitende Schicht zusammen mit der Erdrotation bewirkt einen
Dynamoeffekt, der ein System elektrischer Ströme auslöst,
die man als Erdmagnetfeld kennt. Sie ist auch für die feinen
Schwankungen in der Geschwindigkeit der Erdrotation verantwortlich.
Diese Schicht ist nicht so dicht wie reines geschmolzenes Eisen, was
die Gegenwart leichterer Elemente anzeigt. Wissenschaftler vermuten,
daß diese Schicht zu 10% aus Schwefel bzw. Sauerstoff besteht,
weil diese Elemente reichlich im Kosmos vorhanden sind und sich leicht
in gescholzenem Eisen lösen.
- D"-Schicht: 3% der Erdmasse; Tiefe von 2.700-2.890 Kilometer
Diese Schicht ist 200 bis 300 Kilometer stark und stellt etwa
4% der Mantel-Kruste-Masse dar. Obwohl sie oft zum Unteren Mantel
gezählt wird, weisen seismische Übergänge darauf hin,
daß sie sich chemisch vom darüber liegenden Unteren Mantel
unterscheidet. Wissenschaftler vermuten, daß das Material
entweder aus dem Kern ausflockte oder durch den Mantel absank,
wegen seiner Dichte aber nicht in den Kern eindringen konnte.
- Unterer Mantel: 49,2% der Erdmasse; Tiefe von 650-2.890 Kilometer
Der Untere Mantel umfaßt 72,9% der Mantel-Kruste-Masse und
setzt sich wahrscheinlich hauptsächlich aus Silizium, Magnesium und
Sauerstoff zusammen. Wahrscheinlich enthält er auch etwas Eisen,
Kalzium und Aluminium. Wissenschaftler leiten dies von der
Annahme ab, daß sich die Erde aus ähnlichen Elementen nach
Art und Umfang zusammensetzt wie die Sonne und primitive Meteoriten.
- Übergangszone: 7,5% der Erdmasse; Tiefe von 400-650 Kilometer
Die Übergangszone oder Mesosphäre (für Mittlerer
Mantel), manchmal auch fruchtbare Schicht genannt, umfaßt
11,1% der Mantel-Kruste-Masse und ist Ursprung
basaltischer
Magma. Sie enthält auch
Kalzium, Aluminium und Granat, das ein komplexes
aluminiumhaltiges silikathaltiges Mineral ist.
Diese Schicht ist wegen des Granats dicht, sobald sie
erkaltet. Sie ist sehr lebhaft, wenn sie sich erhitzt,
weil die Mineralien leicht schmelzen und Basalt bilden,
der dann als Magma durch die darüber liegenden
Schichten aufsteigen kann.
- Oberer Mantel: 10,3% der Erdmasse; Tiefe von 10-400 Kilometer
Der Obere Mantel umfaßt 15,3% der Mantel-Kruste-Masse.
Bruchstücke treten an erodierten Bergketten und bei
vulkanischen Ausbrüchen zu Tage, um von uns studiert
werden zu können. Olivin (Mg,Fe)2SiO4
und Pyroxin (Mg,Fe)SiO3 sind die wesentlichen
Mineralien, die auf diese Weise gefunden wurden. Diese
und andere Mineralien sind bei hohen Temperaturen
hitzebeständig und kristallin; deshalb lagert
sich das meiste davon ab und bildet entweder neues
Krustenmaterial oder verläßt niemals den Mantel.
Ein Teil des Oberen Mantel mit Namen Asthenosphäre
könnte teilweise geschmolzen sein.
- Ozeanische Kruste: 0,099% der Erdmasse; Tiefe von 0-10 Kilometer
Die ozeanische Kruste umfaßt 0,147% der
Mantel-Kruste-Masse. Der Großteil der Erdkruste
entstand aus vulkanischer Aktivität. Das
ozeanische Gratsystem, ein 40.000-Kilometer-Netzwerk,
generiert neue ozeanische Kruste mit etwa 17 km3
pro Jahr und überzieht dabei den Meeresboden mit
Basalt. Hawaii und Island sind zwei Beispiele für
Ansammlungen basaltischer Massen.
- Kontinentale Kruste: 0,374% der Erdmasse; Tiefe von 0-50 Kilometer.
Die Kontinentale Kruste umfaßt 0,554% der
Mantel-Kruste-Masse. Sie ist der äußere
Teil der Erde und setzt sich im wesentlichen aus
kristallinem Gestein zusammen. Es handelt sich dabei
um leichte Mineralien niedriger Dichte, die von
Quartz (SiO2) und Feldspaten (metallarme
Silikate) dominiert werden. Die Kruste (sowohl
die ozeanische wie die kontinentale) bilden die
Oberfläche der Erde; als solche sind sie die
kühlsten Teile unseres Planeten. Weil sich
kühler Felsen sehr langsam verformt, bezeichnen
wir diese feste äußere Hülle auch
als Lithosphäre (die felsige oder starke
Schicht).
| Die Lithosphäre & Plattentektonik |
Die feste, äußerste Schicht der Erde oberhalb der
Kruste und des Oberen Mantels wird als Lithosphäre bezeichnet.
Neue ozeanische Lithosphäre entsteht durch Vulkanismus in
Form von Bergrücken an mittelozeanischen Graten, bei denen
es sich um Brüche handelt, die sich um den ganzen Globus
ziehen. Hitze entweicht aus dem Inneren, sobald diese neue
Lithosphäre aus den darunter liegenden Schichten aufsteigt.
Sie kühlt schrittweise ab, zieht sich zusammen und bewegt
sich von diesen Graten weg und über den Meeresboden zu Subduktionszonen.
Nach einer bestimmten Zeit wird die ältere Lithosphäre
dicker und eventuell dadurch dichter als der Mantel darunter,
was sie dazu bringen wird, in das Erdinnere in einem steilen
Winkel abzusinken (zu subduzieren) und damit das Erdinnere
abzukühlen. Die Subduktion ist die wesentliche Ursache
dafür, daß der Mantel unter einer Tiefe von 100
Kilometern abkühlt. Ist die Lithosphäre an einer
Subduktionszone jünger und damit heißer, wird sie
in einem flacheren Winkel in das Innere zurückgedrückt.
Die kontinentale Lithosphäre ist etwa 150 Kilometer
stark mit einer Kruste, die nur eine vergleichsweise geringe Dichte
besitzt, und einem Oberen Mantel, der permanent sehr lebhaft ist.
Die Kontinente driften lateral entlang der Konvektionssysteme des
Mantels, von den heißeren Mantelzonen zu den kühleren,
ein Prozeß, der als Kontinentaldrift bekannt ist. Die meisten
Kontinente sitzen auf kühleren Teilen des Mantels oder bewegen
sich darauf zu, mit Ausnahme von Afrika. Afrika war einst das
Herz von Pangäa, einem Superkontinent, der einst in die heutigen
Kontinente zerbrach. Mehrere hundert Millionen Jahre vor der
Entstehung von Pangäa verbanden sich die südlichen
Kontinente - Afrika, Südamerika, Australien, die Antarktis
und Indien - zu dem, was man Gondwanaland nennt.
Plattengrenzen der Kruste
(Mit freundlicher Genehmigung durch NGDC)
Die Plattentektonik umfaßt die Entstehung, die lateralen
Bewegungen, Wechselwirkungen und das Vernichten der
lithosphärischen Platten. Viel der Hitze im Erdinneren
wird durch diesen Prozeß freigesetzt, und viele der
großen strukturellen und topographischen Merkmale der Erde
entstanden dadurch. Kontinentale
Grabenbrüche und riesige
Basaltebenen entstehen, wo diese
Platten brechen und Magma aus dem
Mantel an den Meeresboden aufsteigt, dabei neue Kruste entsteht
und sich die innerozeanischen Grate trennen. Die Platten kollidieren
und werden zerstört, sobald sie in Subduktionszonen
absinken und tiefe unterseeische Gräben ziehen oder
Vulkanketten, umfangreiche Auffaltungen,
weite geradlinige Erhebungen und aufgefaltete Gebirgsketten produzieren.
Die Lithosphäre der Erde ist zur Zeit aufgeteilt in acht große
Platten mit etwa zwei Dutzend kleineren, die oberhalb des Mantels
mit einer Geschwindigkeit von etwa fünf bis zehn Zentimeter pro
Jahr lateral driften. Die acht großen Platten sind Afrika,
Antarktis, Eurasien, Indoaustralien, Nazca, Nordamerika, Pazifik
und Südamerika. Ein paar der kleineren sind die anatolische,
die arabische, die karibische, die Kokos-, die phillippinische
und die Somali-Platte.
Beatty, J. K. and A. Chaikin, eds. The New Solar System.
Massachusetts: Sky Publishing, 3rd Edition, 1990.
Press, Frank and Raymond Siever. Earth. New York: W. H. Freeman
and Company, 1986.
Seeds, Michael A. Horizons. Belmont, California: Wadsworth, 1995.
Erde
Views of the Solar System Copyright © 1997-1999 by
Calvin J. Hamilton, übersetzt von
Michael Wapp.
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