Die Erde
Die Erde ist einer der neun großen Planeten in unserem Sonnensystem und steht der Sonne relativ nahe. Sie ist der einzige Himmelskörper, auf dem sich höhere Formen des Lebens entwickeln konnten. Als Planet und Himmelskörper im Sonnensystem kann die Erde mit zum Forschungsgegenstand der Astronomie gezählt werden, insbesondere was ihre Bewegungen und ihre Daten betrifft. Häufig dient sie auch als Vergleichobjekt.
Die Wissenschaft, die sich aber vorrangig mit der Erde und ihrer Erforschung beschäftigt, ist die Geografie. Es sind deshalb nachfolgend nur einige ausgewählte Daten und Fakten genannt. Die Erde ist - vom Weltraum aus betrachtet - ein blauer Planet. Diese blaue Farbe wird durch die Wassermassen der Ozeane hervorgerufen, die die Erde zu etwa 70% bedecken. Beim Blick aus dem Weltraum fallen einige weitere Besonderheiten auf:
- Deutlich heben sich durch ihre braune Farbe die verschiedenen Kontinente ab, die sehr ungleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt sind.
- Charakteristisch für die Erde sind die beiden ständig von Eis bedeckten Polkappen.
- Helle Wolken aus Wasserdampf bilden charakteristische Strukturen und verdecken einen erheblichen Teil der Erdoberfläche für einen außerirdischen Beobachter.
- Die Atmosphäre, die die Erde umgibt und die für die Existenz und den Schutz des Lebens auf der Erdoberfläche außerordentliche Bedeutung hat, ist bestenfalls als heller Streifen unmittelbar über der Erdoberfläche sichtbar. Die Schutzhülle um die Erde ist sehr dünn.
Bahndaten der Erde | |||
| mittlerer Abstand von der Sonne | siderische Umlaufzeit | mittlere Bahngeschwindigkeit | Bahnneigung gegenüber der Ekliptik |
| 1 AE | 1,00 a | 29,8 km/s | 0,0 |
Wichtige Planetendaten | |||
| Äquatorradius | Masse | mittlere Dichte | siderische Rotationsdauer |
6 378 km | 23 h 56 min 4 s | ||
Die Form der Erde
Aus größerer Entfernung wirkt die Erde kugelförmig. Geodätische Untersuchungen ergaben aber bereits um 1800, dass die Erde aufgrund ihrer Rotation um die Erdachse an den Polen abgeplattet ist und eine Äquatorwulst besitzt. Somit ist der Äquatorradius mit 6378 km auch größer als der Polradius mit 6356 km. Für den mittleren Radius wurde ein Wert von 6371 km ermittelt. Die Erde besitzt die Gestalt eines speziellen Rotationskörpers, der als Geoid bezeichnet wird (Bild 2).
Die Gezeiten
Eine typische Erscheinung, die auf der Erdoberfläche auftritt, sind die Gezeiten, also der etwa sechstündige ständige Wechsel von Ebbe und Flut bei den Weltmeeren. Die Ursachen für die Gezeiten sind:
- Zwischen Erde und Mond bestehen gravitative Wechselwirkungen, die zu einer Ausbildung eines Flutberges auf der dem Mond zugewandten und der dem Mond abgewandten Seite der Erdoberfläche führen.
- Erde und Mond, die man manchmal auch als einen Doppelplaneten bezeichnet, bewegen sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt.
- Die Erde rotiert um ihre Achse und damit unter den Flutbergen hinweg.
Die Erde im Modell
Um sich eine angemessene Vorstellung von einem Himmelskörper wie der Erde machen zu können, ist es manchmal zweckmäßig, mit Modellvorstellungen zu arbeiten. Eine solche Modellvorstellung ist die, sich die Erde als eine Kugel von gut überschaubaren und vorstellbaren Ausmaßen zu denken. Wenn die Erde eine Kugel von 1 m Durchmesser wäre, dann
- würde der Äquatorradius nur 2 mm größer als der Polradius sein. Die Erdkugel erschiene wie ein perfekter Ball.
- betrüge der maximale Höhenunterschied zwischen den höchsten Gebirgen und den größten Meerestiefen etwa 1,5 mm. Man könnte in diesem Modell also die höchsten Bergzüge der Welt gerade noch sehen. Deutschland würde man beim Tasten mit dem Finger als raue Fläche empfinden.
- wären die Meere Gebiete auf der Kugel, die von einem Wasserfilm bedeckt sind, ähnlich dem, der beim Verschütten eines Glases Limonade entsteht.
- würde die Höhe der Erdatmosphäre, bis zu der noch Menschen dauerhaft leben können, bei rund 0,3 mm über dem Boden erreicht. Um den Lebensraum der Menschen zu erkennen, müsste man also eine Lupe zu Hilfe nehmen.
Der Erdkörper wird als Geoid bezeichnet. Die Abplattung der Erde kommt durch deren Rotation zustande.
Innerer Aufbau der Erde
Wie viele andere Himmelskörper besitzt die Erde einen schalenförmigen Aufbau (Bild 3). Die drei Hauptschalen der Erde sind die Erdkruste, der Erdmantel und der Erdkern.
Die Erdkruste besteht aus Gesteinsmassen, deren Dicke zwischen 10 km und 70 km schwankt. Daran schließt sich bis in eine Tiefe von 2.900 km der Erdmantel an. Abgesehen von einer teilweise flüssigen Schicht unterhalb der Kruste besteht der Erdmantel aus plastischem Material. Die leichten Krustengesteine schwimmen auf dem dichteren Mantelgestein. Die oberste Schicht des Erdmantels bildet die heiße, fließfähige Astenosphäre. In ihr existieren großräumige Strömungsgebiete in Form von Konvektionszellen. Deren Bewegung ist der Motor der Verschiebung der Kontinentalplatten und letztlich daher auch der für die Entstehung von Tiefseegräben und von Faltengebirgen.
Der Erdkern erstreckt sich über den halben Erdradius. Er besitzt eine relativ hohe Dichte. Deshalb geht man davon aus, dass Eisen der Hauptbestandteil dieses Kerns ist. Die Temperatur im Erdkern beträgt vermutlich 6.500 °C bis 6.600 °C. Unter Normalbedingungen wäre Eisen bei diesen Temperaturen längst geschmolzen. Durch den extrem hohen Druck im Erdinneren wird jedoch der Wechsel des Aggregatzustandes verhindert. Man geht davon aus, dass der Erdkern aus einer festen Zone um den Erdmittelpunkt herum besteht und sich in Richtung Erdoberfläche ein flüssiges Gebiet anschließt.
Schalenförmiger Aufbau der Erde
Magnetfeld der Erde
Von allen erdähnlichen Planeten besitzt die Erde das stärkste Magnetfeld. In der Nähe der Erdoberfläche ist es von der Form her mit dem Magnetfeld eines Stabmagneten vergleichbar (Bild 4a). Wie man inzwischen weiß, wird es aber durch die Teilchenstrahlung der Sonne, den Sonnenwind, erheblich verformt (Bild 4b). Das Magnetfeld der Erde entsteht durch innere Strömungsvorgänge, die einen Dynamoeffekt hervorrufen.
Magnetfeld der Erde in Erdnähe (a) und unter dem Einfluss des Sonnenwindes verformtes Erdmagnetfeld (b). Auf der Skala unten sind astronomische Einheiten angegeben. Das Erdmagnetfeld reicht also weit in den Raum. In Erdnähe ähnelt es dem Magnetfeld eines Stabmagneten.
Die Atmosphäre der Erde
Die Erdatmosphäre (Bild 5) hat sich im Laufe der Milliarden Jahre dauernden Evolution herausgebildet und hat seit vermutlich einigen zehntausend Jahren eine weitgehend konstante Zusammensetzung.
| Zusammensetzung der Erdatmosphäre (Volumenanteil) | ||||
| Bestandteil | Stickstoff () | Sauerstoff () | Argon (Ar) | Kohlenstoff- dioxid () |
| relativer Anteil in Prozent | 78,1 | 20,9 | 0,9 | 0,04 |
Andere Gase wie Argon, Kohlenstoffmonooxid, Neon, Helium, Methan oder Ozon tragen zur Gesamtzusammensetzung der Luft zwar nur wenig bei, besitzen aber teilweise als Treibhausgase oder als Gase, die kurzwelliges UV-Licht absorbieren (Ozon), eine entscheidende Bedeutung für den Wärmehaushalt der Erde und für den Schutz des Lebens auf der Erdoberfläche.
Das natürliche Gleichgewicht - Grundlage für das Leben
Die Entwicklung des Lebens auf der Erde war und ist an bestimmte Bedingungen geknüpft, die in dieser Weise in unserem Sonnensystem nur auf der Erde existieren. Zu diesen Bedingungen gehören:
- Die Erde befindet sich in einem Strahlungsgleichgewicht. Die von der Sonne aufgenommene Strahlungsenergie ist genau so groß wie die von der Erde an ihre Umgebung abgegebene Energie. Es hat sich insgesamt eine mittlere Temperatur auf der Erdoberfläche von ca. 15 °C eingestellt, die offensichtlich günstig für die Entwicklung bestimmter Formen des Lebens war und ist.
- Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist seit Jahrtausenden relativ stabil und nur geringfügigen Schwankungen unterworfen.
- Die Atmosphäre schützt die Erdoberfläche vor lebensfeindlicher kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung.
Aufbau der Erdatmosphäre
Die Erde
Erdatmosphäre
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