Die Struktur der Erde ist eine faszinierende und komplexe Anordnung von Schichten, die das Innere unseres Planeten bilden. Das Verständnis dieser Struktur ist für Geologen und Wissenschaftler von entscheidender Bedeutung, da es Einblicke in die Zusammensetzung, das Verhalten der Erde und die Prozesse gibt, die unseren Planeten formen. Dieses Wissen ist auch für verschiedene Bereiche, einschließlich Geologie, Seismologie usw., von wesentlicher Bedeutung Plattentektonik, da es hilft, Naturphänomene wie zu erklären Erdbeben, Vulkaneund die Bildung von Kontinenten und Ozeanbecken.

Aufbau der Erde

Das Innere der Erde: Kruste, Mantel und Kern

Das Erdinnere kann in drei Hauptschichten unterteilt werden: die Kruste, den Mantel und den Kern. Diese Schichten haben unterschiedliche Eigenschaften und Zusammensetzungen, die eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Geologie und des Verhaltens unseres Planeten spielen.

  1. Kruste:
    • Die Erdkruste ist die äußerste Schicht und diejenige, mit der wir direkt interagieren. Die Dicke variiert, wobei die ozeanische Kruste dünner ist (etwa 4–7 Meilen oder 6–11 Kilometer) und die kontinentale Kruste dicker ist (durchschnittlich etwa 19 Meilen oder 30 Kilometer).
    • Die Kruste besteht hauptsächlich aus festem Gestein, wobei in kontinentalen und ozeanischen Regionen unterschiedliche Gesteinsarten vorherrschen. Die kontinentale Kruste besteht größtenteils aus Granit Felsen, während die ozeanische Kruste hauptsächlich aus Basaltgestein besteht.
    • In der Erdkruste finden wir die Erde Landschaftsformen, wie Berge, Täler und Ebenen, sowie der Meeresboden.
  2. Mantel:
    • Der Mantel liegt unter der Erdkruste und erstreckt sich bis zu einer Tiefe von etwa 1,800 Meilen (2,900 Kilometer). Es ist die dickste Schicht der Erde.
    • Der Mantel besteht aus festem Gestein, hauptsächlich Silikat Mineralien. Obwohl er fest ist, verhält sich der Mantel über geologische Zeitskalen hinweg wie ein sehr viskoses oder plastisches Material. Diese Eigenschaft ermöglicht ein langsames Fließen des Mantels, was zur Bewegung tektonischer Platten und den damit verbundenen Bewegungen führt geologische Phänomene wie Erdbeben und Vulkane.
    • Die im Erdinneren erzeugte Wärme und der Zerfall radioaktiver Elemente tragen zu den hohen Temperaturen im Erdmantel bei.
  3. Kernbereich:
    • Der Erdkern ist in zwei Teile unterteilt: den äußeren Kern und den inneren Kern.
    • Äußerer Kern:
      • Der äußere Kern befindet sich unterhalb des Erdmantels, beginnt in einer Tiefe von etwa 1,800 Meilen (2,900 Kilometer) und erstreckt sich bis etwa 3,500 Kilometer unter der Oberfläche.
      • Es besteht hauptsächlich aus geschmolzenem Material Eisen und Super. Die hohen Temperaturen und Drücke im äußeren Kern halten diese Materialien in flüssigem Zustand.
      • Die Bewegung von geschmolzenem Eisen im äußeren Kern ist für die Erzeugung des Erdmagnetfelds durch den Geodynamoprozess verantwortlich.
    • Innerer Kern:
      • Der innere Kern befindet sich im Zentrum der Erde und beginnt in einer Tiefe von etwa 3,500 Kilometern.
      • Es besteht hauptsächlich aus massivem Eisen und Nickel. Trotz der extrem hohen Temperaturen in dieser Tiefe bleibt der innere Kern aufgrund des enormen Drucks fest.
      • Die feste Beschaffenheit des inneren Kerns ist wichtig für das Verständnis der inneren Dynamik der Erde und auch deren Funktionsweise Seismische Wellen durchgehen.

Die Struktur der Erde und die Wechselwirkungen zwischen diesen Schichten sind für verschiedene geologische Phänomene verantwortlich, darunter Erdbeben, Vulkanausbrüche und die Bewegung tektonischer Platten. Die Kenntnis der inneren Struktur der Erde ist entscheidend für das Verständnis und die Vorhersage dieser Naturereignisse sowie für die Erforschung der Geschichte und Geologie des Planeten.

Was sollten Sie über das Innere der Erde verstehen?

  • Aufgrund der enormen Größe und der sich verändernden Natur der inneren Zusammensetzung ist es nicht möglich, durch direkte Beobachtungen etwas über das Erdinnere zu erfahren.
  • Es ist für den Menschen eine nahezu unmögliche Distanz bis zum Mittelpunkt der Erde (der Erdradius beträgt 6,370 km).
  • Durch Bergbau- und Bohrarbeiten konnten wir das Erdinnere nur bis zu einer Tiefe von wenigen Kilometern direkt beobachten.
  • Der schnelle Temperaturanstieg unter der Erdoberfläche ist vor allem dafür verantwortlich, dass den direkten Beobachtungen im Erdinneren Grenzen gesetzt sind.
  • Dennoch haben die Wissenschaftler durch einige direkte und indirekte Quellen eine gute Vorstellung davon, wie das Erdinnere aussieht.

Informationsquellen über das Innere der Erde

Direkte Quellen:

  1. Steine ​​aus dem Bergbaugebiet
  2. Vulkanausbrüche

Indirekte Quellen

  1. Durch die Analyse der Änderungsrate von Temperatur und Druck von der Oberfläche nach innen.
  2. Meteore, da sie zu denselben Materialien gehören, aus denen die Erde besteht.
  3. Gravitation, die in Polnähe größer und am Äquator kleiner ist.
  4. Schwerkraftanomalie, also die Änderung des Schwerkraftwerts entsprechend der Materialmasse, gibt uns Aufschluss über die Materialien im Erdinneren.
  5. Magnetische Quellen.
  6. Seismische Wellen: Die Schattenzonen der Körperwellen (Primär- und Sekundärwellen) geben uns Auskunft über den Zustand der Materialien im Innenraum.

Struktur des Erdinneren

Seismische Wellengeschwindigkeiten. 6 km/s. Kontinentale Kruste. Kruste. Lithosphäre. Ozeanische Kruste. 7 km/s. 8 km/s. Oberer Mantel. Asthenosphäre. 7.8 km/s. Oberer Mantel. Mantel. Mesosphäre. 13 km/s. Mantel. Äußerer Kern. 8 km/s. Äußerer Kern. Kern. Innerer Kern. 11 km/s. Innerer Kern. Kompositorisch. Mechanisch.

Die Struktur des Erdinneren ist grundsätzlich in drei Schichten unterteilt: Kruste, Mantel und Kern.

Kruste

  • Es ist der äußerste feste Teil der Erde, normalerweise etwa 8–40 km dick.
  • Es ist von Natur aus spröde.
  • Knapp 1 % des Erdvolumens und 0.5 % der Erdmasse bestehen aus der Erdkruste.
  • Die Dicke der Kruste unter den ozeanischen und kontinentalen Gebieten ist unterschiedlich. Die ozeanische Kruste ist dünner (ca. 5 km) als die kontinentale Kruste (ca. 30 km).
  • Die Hauptbestandteile der Kruste sind Silizium (Si) und Aluminium (Al) und werden daher oft als „Kruste“ bezeichnet SIAL (Manchmal wird SIAL auch zur Bezeichnung der Lithosphäre verwendet, also der Region, die auch die Erdkruste und den obersten festen Mantel umfasst).
  • Die mittlere Dichte der Materialien in der Kruste beträgt 3g/cm3.
  • Die Diskontinuität zwischen Hydrosphäre und Kruste wird als die bezeichnet Conrad-Diskontinuität.
CONRAD- und MOHO-Diskontinuitäten
CONRAD- und MOHO-Diskontinuitäten
 

Mantel

  • Der Teil des Inneren jenseits der Kruste wird Mantel genannt.
  • Die Diskontinuität zwischen Kruste und Mantel heißt als die Mohorovich-Diskontinuität oder Moho-Diskontinuität.
  • Der Mantel ist etwa 2900 km dick.
  • Fast 84 % des Erdvolumens und 67 % der Erdmasse werden vom Erdmantel eingenommen.
  • Die Hauptbestandteile des Mantels sind Silizium und Magnesium und werden daher auch als „Mantel“ bezeichnet SIMA.
  • Die Dichte der Schicht ist höher als die der Kruste und variiert zwischen 3.3 und 5.4 g/cm3.
  • Der oberste feste Teil des Mantels und die gesamte Erdkruste bilden den Lithosphäre.
  • Der Asthenosphäre (zwischen 80 und 200 km) ist ein hochviskoser, mechanisch schwacher und duktiler, sich verformender Bereich des oberen Erdmantels, der direkt unter der Lithosphäre liegt.
  • Die Asthenosphäre ist die Hauptquelle von Magma und die Schicht, über die sich die Lithosphärenplatten/Kontinentalplatten bewegen (Plattentektonik).
  • Die Diskontinuität zwischen Oberer Mantel und Unterer Mantel ist bekannt als Repetti-Diskontinuität.
  • Der Teil des Mantels, der knapp unter der Lithosphäre und Asthenosphäre, aber über dem Kern liegt, wird als bezeichnet Mesosphäre.

Kernbereich

  • Es ist die innerste Schicht, die den Erdmittelpunkt umgibt.
  • Der Der Kern ist durch die Guttenbergsche Diskontinuität vom Mantel getrennt.
  • Es besteht hauptsächlich aus Eisen (Fe) und Nickel (Ni) und wird daher auch als bezeichnet NIFE.
  • Der Kern macht fast 15 % des Erdvolumens und 32.5 % der Erdmasse aus.
  • Der Kern ist die dichteste Schicht der Erde mit einer Dichte zwischen 9.5 und 14.5 g/cm3.
  • Der Kern besteht aus zwei Unterschichten: dem inneren Kern und dem äußeren Kern.
  • Der innere Kern befindet sich im festen Zustand und der äußere Kern befindet sich im flüssigen (oder halbflüssigen) Zustand.
  • Die Diskontinuität zwischen dem oberen Kern und dem unteren Kern wird als bezeichnet Lehmann-Diskontinuität.
  • Barysphäre wird manchmal verwendet, um den Kern der Erde oder manchmal das gesamte Innere zu bezeichnen.

Zusammensetzung der Erde

Hauptelemente und Mineralien in der Zusammensetzung der Erde:

  1. Sauerstoff (O): Sauerstoff ist das am häufigsten vorkommende Element in der Zusammensetzung der Erde und macht etwa 46.6 % des Gewichts der Erdkruste aus. Es ist ein entscheidender Bestandteil von Mineralien und Verbindungen wie Silikaten und Oxiden.
  2. Silizium (Si): Silizium ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und macht etwa 27.7 % seiner Zusammensetzung aus. Es ist ein wichtiger Bestandteil verschiedener Silikatmineralien, die die Hauptbausteine ​​der Erdkruste sind.
  3. Aluminium (Al): Aluminium macht rund 8.1 % der Erdkruste aus. Es kommt häufig in Mineralien vor Feldspat, Bauxitund verschiedene Silikate.
  4. Eisen (Fe): Eisen ist ein weiteres wesentliches Element in der Zusammensetzung der Erde und macht etwa 5 % der Erdkruste aus. Es kommt in verschiedenen Mineralien vor, darunter Hematit und Magnetit.
  5. Kalzium (Ca): Kalzium macht etwa 3.6 % der Erdkruste aus und kommt häufig in Mineralien vor Calcit und Gips.
  6. Natrium (Na) und Kalium (K): Natrium und Kalium machen zusammen etwa 2.8 % der Erdkruste aus. Diese Elemente kommen typischerweise in Mineralien wie Feldspat vor.
  7. Magnesium (Mg): Magnesium macht etwa 2.1 % der Erdkruste aus und kommt in Mineralien wie z Olivin und Serpentin.
  8. Titan (Ti): Titan macht etwa 0.57 % der Erdkruste aus und kommt in Mineralien vor Ilmenit und Rutil.
  9. Wasserstoff (H): Während Wasserstoff kein Hauptbestandteil der Erdkruste ist, ist er ein bedeutendes Element in der Gesamtzusammensetzung der Erde, hauptsächlich in Form von Wasser (H2O).
  10. Andere Elemente: Verschiedene andere Elemente, darunter SchwefelKohlenstoff, Phosphor und viele Spurenelemente sind in der Zusammensetzung der Erde in geringeren Mengen vorhanden.

Verteilung der Elemente innerhalb der Erdschichten:

  1. Kruste: Die Erdkruste besteht hauptsächlich aus Silikatmineralien, darunter Quarz, Feldspat, kleinund verschiedene Gesteinsarten. Silizium und Sauerstoff sind die am häufigsten vorkommenden Elemente in der Erdkruste und bilden das Rückgrat dieser Mineralien.
  2. Mantel: Der Mantel besteht hauptsächlich aus Silikatmineralien, wobei Eisen und Magnesium die dominierenden Elemente sind. Olivin, Pyroxene und Granat sind häufig im Erdmantel vorkommende Mineralien.
  3. Äußerer Kern: Der äußere Kern besteht hauptsächlich aus flüssigem Eisen und Nickel. Diese Schicht ist für die Erzeugung des Erdmagnetfeldes verantwortlich, wobei Eisen das dominierende Element ist.
  4. Innerer Kern: Der innere Kern besteht aus massivem Eisen und Nickel. Trotz der extrem hohen Temperaturen hält der starke Druck diese Elemente in einem festen Zustand.

Die Verteilung der Elemente innerhalb der Erdschichten ist ein Ergebnis der Differenzierung und Trennung von Materialien in der frühen Erdgeschichte. Die geschichtete Struktur der Erde ist eine Folge physikalischer und chemischer Prozesse, die über Milliarden von Jahren stattgefunden haben, einschließlich planetarischer Akkretion, Differenzierung und geologischer Aktivität.

Temperatur, Druck und Dichte des Erdinneren

Temperaturen

  • In Bergwerken und Tiefbrunnen ist ein Temperaturanstieg mit zunehmender Tiefe zu beobachten.
  • Diese Beweise sowie die aus dem Erdinneren ausgebrochene geschmolzene Lava belegen, dass die Temperatur zum Erdmittelpunkt hin ansteigt.
  • Die verschiedenen Beobachtungen zeigen, dass die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von der Oberfläche zum Erdmittelpunkt hin nicht gleichmäßig ist. An manchen Stellen ist es schneller, an anderen langsamer.
  • Zu Beginn beträgt dieser Temperaturanstieg durchschnittlich 1 °C pro 32 m Tiefenzunahme.
  • Während in den oberen 100 km der Temperaturanstieg 12 °C pro km beträgt, sind es auf den nächsten 300 km 20 °C pro km. Geht man jedoch weiter in die Tiefe, sinkt diese Rate auf lediglich 10 °C pro km.
  • Daher wird davon ausgegangen, dass die Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs unter der Oberfläche nimmt ab zur Mitte hin (Temperaturanstiegsrate nicht mit Temperaturanstieg verwechseln.) Die Temperatur steigt von der Erdoberfläche zum Zentrum hin immer weiter an).
  • Schätzungen zufolge liegt die Temperatur im Zentrum irgendwo zwischen 3000 °C und 5000 °C, möglicherweise liegt sie aufgrund der chemischen Reaktionen unter Hochdruckbedingungen noch viel höher.
  • Selbst bei so hohen Temperaturen befinden sich die Materialien im Erdinneren aufgrund des starken Drucks der darüber liegenden Materialien in festem Zustand.

Druckscheiben

  • Genauso wie die Temperatur, die Auch der Druck nimmt von der Oberfläche zur Mitte hin zu der Erde.
  • Dies ist auf das enorme Gewicht der darüber liegenden Materialien wie Steine ​​zurückzuführen.
  • Es wird geschätzt, dass in den tieferen Teilen der Druck enorm hoch ist, der fast 3 bis 4 Millionen Mal höher sein wird als der Druck der Atmosphäre auf Meereshöhe.
  • Bei hoher Temperatur schmelzen die darunter liegenden Materialien zum Erdmittelpunkt hin, aber aufgrund des hohen Drucks nehmen diese geschmolzenen Materialien die Eigenschaften eines Feststoffs an und befinden sich wahrscheinlich in einem plastischen Zustand.

Dichte

  • Aufgrund des zunehmenden Drucks und des Vorhandenseins schwererer Materialien wie Nickel und Eisen zur Mitte hin wird die Auch die Dichte der Erdschichten nimmt zum Zentrum hin immer weiter zu.
  • Die durchschnittliche Dichte der Schichten nimmt von der Kruste zum Kern hin zu und beträgt in der Mitte fast 14.5 g/cm3.

Erdmagnetfeld

Das Erdmagnetfeld ist ein entscheidendes und komplexes Element, das unseren Planeten umgibt. Es spielt eine wichtige Rolle in unserem täglichen Leben und hat mehrere wichtige Funktionen. Hier ist ein Überblick über das Erdmagnetfeld:

1. Erzeugung des Erdmagnetfeldes:

  • Das Erdmagnetfeld wird hauptsächlich durch die Bewegung von geschmolzenem Eisen und Nickel im äußeren Kern des Planeten erzeugt. Dieser Vorgang wird als Geodynamo bezeichnet.
  • Der Geodynamo wird durch die Wärme angetrieben, die beim Zerfall radioaktiver Isotope im Erdinneren und bei der Abkühlung des Erdkerns entsteht.

2. Magnetische Polarität:

  • Das Erdmagnetfeld hat einen Nord- und einen Südmagnetpol, ähnlich einem Stabmagneten. Allerdings sind diese Magnetpole nicht auf den geografischen Nord- und Südpol ausgerichtet.
  • Die Positionen und Ausrichtungen der Magnetpole der Erde können sich im Laufe der geologischen Zeit ändern, und diese Polaritätsumkehrungen werden in Gesteinen als „magnetische Streifen“ aufgezeichnet.

3. Magnetfeldkomponenten:

  • Das Erdmagnetfeld wird durch seine Stärke, Neigung und Deklination charakterisiert.
  • Magnetische Stärke: Dies stellt die Intensität des Magnetfelds an einem bestimmten Ort auf der Erdoberfläche dar.
  • Neigung: Er bezieht sich auf den Winkel, in dem die magnetischen Feldlinien die Erdoberfläche schneiden, und variiert von nahezu vertikal an den Magnetpolen bis horizontal am Äquator.
  • Deklination: Dies ist der Winkel zwischen dem wahren Norden (geografischer Norden) und dem magnetischen Norden.

4. Funktion und Bedeutung des Magnetfelds:

  • Das Erdmagnetfeld hat mehrere wichtige Funktionen und Vorteile:
    • Es dient als Schutzschild und lenkt schädliche geladene Teilchen von der Sonne ab, wie zum Beispiel Sonnenwind und kosmische Strahlung. Dieser Schutzschild ist als Magnetosphäre bekannt und trägt zum Schutz der Atmosphäre und des Lebens auf der Erde bei.
    • Es ermöglicht die Navigation und Orientierung wandernder Tiere, darunter Vögel und Meeresschildkröten, die das Magnetfeld als Kompass nutzen.
    • Kompasse sind zur Navigation und Orientierung auf das Erdmagnetfeld angewiesen.
    • Das Magnetfeld wird in verschiedenen wissenschaftlichen und geologischen Studien verwendet, einschließlich des Paläomagnetismus (der Untersuchung alter in Gesteinen aufgezeichneter Magnetfelder), um die Erdgeschichte und die Bewegung tektonischer Platten zu verstehen.
    • Das Magnetfeld ist für moderne Technologien von entscheidender Bedeutung, darunter die Magnetresonanztomographie (MRT) in der Medizin und verschiedene Anwendungen in der geophysikalischen Erkundung.

5. Veränderungen im Erdmagnetfeld:

  • Das Erdmagnetfeld ist nicht konstant und kann sich im Laufe der Zeit ändern, einschließlich säkularer Schwankungen (allmähliche Änderungen) und geomagnetischer Umkehrungen (Umkehrungen der magnetischen Polarität).
  • Forscher beobachten diese Veränderungen und jüngste Beobachtungen haben gezeigt, dass sich der magnetische Nordpol schneller verschiebt als in der Vergangenheit.

Das Verständnis des Erdmagnetfelds ist aus verschiedenen wissenschaftlichen, technologischen und ökologischen Gründen von entscheidender Bedeutung. Es ist ein integraler Bestandteil der Geologie des Planeten und spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der für das Leben auf der Erde notwendigen Bedingungen.

Bibliographie

Jijo Sudarsan ,Das Innere der Erde: Kruste, Mantel und Kern (2018),https://www.clearias.com/interior-of-the-earth/