Der innere Aufbau

Die Erde ist sehr grob in zwei mächtige Schalen gegliedert: Den Erdkern und den Erdmantel. Die Erdkruste, auf der wir leben, umspannt den Mantel als hauchdünne Außenhaut. Kurz nach der Entstehung der Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, sanken die schweren Elemente wie zum Beispiel Eisen und Nickel ins Zentrum der Erde und bildeten den Kern. Die leichte Elemente wie zum Beispiel Silizium, Magnesium, Aluminium und Natrium, trieben auf und reicherten sich in einer Schale um den Erdkern – den Mantel – an. Dieser chemische Trennungsvorgang wird Differentation genannt und ist ein Grund für den Schalenbau der Erde. Aus seismischen Untersuchungen weiß man, dass der Erdkern weiter in eine innere, feste und eine äußere, zähflüssige Schale unterteilt ist. Man vermutet, dass das Erdmagnetfeld im äußeren Kern erzeugt wird. Es ist nicht klar, weshalb der innere Kern fest und der äußere flüssig ist. Der Kern besitzt einen Radius von etwa 3500 Kilometern. Dabei entfallen auf den inneren Kern ca. 1400 Kilometer und auf den äußeren ca. 2100 Kilometer. Der Erdkern wird vom Erdmantel durch eine etwa 100 Kilometer mächtige, thermische Grenzschicht, die so genannte D’’-Schicht, getrennt. Über ihr folgt der drei geteilte

Erdmantel. Der untere, etwa 2100 Kilometer mächtige, Mantel besteht überwiegend aus dem Silikat Perowskit. Der untere Mantel ist vom oberen  durch eine knapp 250 Kilometer dicke Übergangszone getrennt. An den Grenzflächen der Übergangszone zum unteren und oberen Mantel finden Mineralreaktionen statt. Dabei entstehen mit zunehmender Tiefe Minerale mit größerer Dichte und kleinerem Volumen. Diese Grenzflächen, an denen Mineralreaktionen stattfinden, sind ein zweiter Grund neben der Differentation für den Schalenbau der Erde. Der etwa 300 Kilometer mächtige obere Mantel und die Übergangszone bestehen überwiegend aus den Silikaten Olivin, Pyroxen und Granat (s. Abbildung 1).

Abbildung 1: Der Schalenbau der Erde. (Nach Beatty, 1990)

Plattentektonik und die Oberfläche

Als einziger der vier terrestrischen Planeten besitzt die Erde eine Plattentektonik. Das bedeutet, die Erdkruste ist in mehrere Schollen segmentiert, die sich gegeneinander bewegen (s. Abbildung 2). Dabei tauchen Platten untereinander ab, wie zum Beispiel die pazifische unter die amerikanische. An anderer Stelle reißen Platten auseinander, wie beispielsweise im Ost-Afrika-Rift oder entlang des Mittelozeanischen Rückens. Anderswo prallen Platten aufeinander und türmen dabei Kilometer hohe Gebirge auf, wie den Himalaja, der durch die Kollision der indischen mit der asiatischen Platte immer noch im Entstehen ist. Die treibenden Kräfte für die Plattentektonik sind gigantische Walzen

Abbildung 2: Plattenmosaik der Erde. Die geleben Linien markieren die Plattengrenzen. Für eine vergrößerte Ansicht auf das Bild klicken. Bildinformation copyright: frei

zähplastischen Gesteins im Erdmantel. Auf diesen Walzen treiben die Plattenschollen (s. Abbildung 3). Vereinfacht kann man sich die Platten als Styroporstücke vorstellen, die auf kochendem Wasser schwimmen. Auch diese werden durch Konvektionswalzen im Wasser hin und her getrieben. An den Grenzen zweier Platten ist die Erdkruste so dünn und brüchig, dass heißes Mantelmaterial nach oben dringen kann und Vulkane bildet. Weit über 90% aller Vulkane sind an Plattengrenzen zu finden. Daneben gibt es die Exoten wie Hawai’i. Dort dringt Material aus großen Tiefen empor und durchschweißt die Erdkruste punktuell an irgendeiner Stelle. Deshalb wird diese Art Vulkanismus „Hot-Spot“ genannt.

Die Großeinheiten der Erdoberfläche sind eindeutig durch die Plattentektonik geprägt. Jedoch sind etwa 70% der festen Erdoberfläche unter Wasser verborgen. Die restlichen knapp 30% Festlandanteil sind dem ständigen Werden und Vergehen durch Witterungseinflüsse unterworfen. In Bergen erodiert Wind, Wasser, Frost und Sonne die Gipfel und schwemmt das verwitterte Material durch Flüsse in die Täler, wo es in Flussbetten sedimentiert. Flächen, größer als Deutschland, sind so kilometerdick von Sediment zugeschüttet worden. In Flachmeeren und in Schelfbereichen von Kontinenten wird Kalk aus dem Wasser gefällt und bildet riesige Karbonatplattformen. Dabei sedimentieren auch die Schalen und Häuser von Meerestieren. Nach einer Weile werden die Schalen von immer neuen Kalkschichten bedeckt und versteinern. Viel später können diese

Abbildung 3: Dargestellt sind die Konvektionswalzen des Erdmantels, auf denen die einzelnen Krustenplatten treiben. Quelle: USGS copyright: USGS

fossilführenden Kalkschichten als Teil einer Platte mit einer anderen Kollidieren. Führt diese Kollision zu einem Gebirge, können die Fossilien sogar die Spitze dieses Gebirges bilden. So wandern Fossilien vom Grund eines Meeres in die höchsten Höhen eines Gebirges.