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8.14: Das Innere der Erde - Geowissenschaften

8.14: Das Innere der Erde - Geowissenschaften


EINLEITUNG

Wenn wir zum Mittelpunkt der Erde reisen könnten, müssten wir etwa 6.400 km (4.000 Meilen) zurücklegen. Auf dem Weg zum Erdkern würden wir Gesteinsschichten passieren, die auf zwei verschiedene Arten klassifiziert werden können, entweder nach ihrer Chemie oder ihrem physikalischen Verhalten.

Je nach chemischer Zusammensetzung der Gesteine ​​kann das Erdinnere in drei Schichten unterteilt werden – Kruste, Mantel und Kern.

Betrachtet man die Gesteine ​​des Erdinneren in ihrem physikalischen Verhalten, lassen sich von der Oberfläche bis zum Kern sechs Schichten unterscheiden. Die Eigenschaften, die diese sechs verschiedenen Schichten unterscheiden, basieren auf der relativen Festigkeit einer gegebenen Schicht als Reaktion auf Belastung und ob sie fest oder flüssig ist.

TOUR DURCH DIE SCHICHTEN DER ERDE

Die chemische Zusammensetzung und das physikalische Verhalten der Gesteine ​​im Erdinneren konvergieren in vielerlei Hinsicht, aber es lohnt sich, sich mit jeder der verschiedenen Schichten einzeln vertraut zu machen, bevor man ihre Überlappung untersucht.

Die chemische Zusammensetzung und das physikalische Verhalten von Gesteinen im Erdinneren hängen zusammen, da die chemische Zusammensetzung eines Gesteins einer der Faktoren ist, die sein physikalisches Verhalten bestimmen. Das physikalische Verhalten von Gestein hängt jedoch auch von dem Druck und der Temperatur ab, denen es in seiner Tiefe in der Erde ausgesetzt ist. Mit zunehmender Tiefe im Erdinneren steigen Druck und Temperatur. Einige Erdschichten sind härter oder weicher als benachbarte Schichten, obwohl sie die gleiche Zusammensetzung haben, weil sie unterschiedlichen Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind.

Oberfläche zu Kern, chemisch

Kruste

Die Tour beginnt an der Oberfläche mit der Erdkruste. Im Allgemeinen besteht die Kruste überwiegend aus Siliziumoxid und Aluminiumoxid. Kontinentale Kruste ist dicker und weniger dicht als ozeanische Kruste. Die Erdkruste variiert in ihrer Dicke von weniger als 5 km (unter mittelozeanischen sich ausbreitenden Rücken) bis zu mehr als 70 km (unterhalb des höchsten Gebirges).

Mantel

Die nächste chemische Schicht ist der Mantel. Der Mantel hat eine ultramafische Zusammensetzung – er enthält mehr Eisen, Magnesium, weniger Aluminium und etwas weniger Silizium als die Kruste. Der Mantel ist etwa 2.900 km dick. Der Mantel ist volumenmäßig die größte der drei chemischen Schichten der Erde.

Kern

Die letzte Station der Chemietour ist der Kern, der hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht. Der Kern ist etwa 3.500 km dick.

Die folgende Tabelle fasst die chemischen Schichten der Erde zusammen.

Chemische Schichten der Erde
KrusteMantelKern
Komposition: hohes Si, Al und OKomposition: mäßiges Si, hohes Mg & FeKomposition: Fe & Ni
Dicke: 5 bis 70 kmDicke: 2.900 kmDicke: 3.500 km

Oberfläche zu Kern, physikalisch

Lithosphäre

An der Oberfläche beginnend ist die erste Schicht die Lithosphäre. Wir Menschen und die anderen Lebewesen, die auf der Erde leben, besetzen die Oberfläche der Lithosphäre. Die Lithosphäre ist vollständig fest, es sei denn, es gibt Magmazonen unter Vulkanen oder an Stellen, an denen Magma eindringt. Das Volumen des geschmolzenen Gesteins in der Lithosphäre ist ein winziger Bruchteil, weniger als 0,1% des Volumens der gesamten Lithosphäre.

Die Lithosphäre selbst besteht aus zwei Teilen. Der obere Teil ist die Kruste. Der untere Teil ist der lithosphärische Mantel. Die beiden Komponenten der Lithosphäre bilden zusammen eine relativ starke, starre Gesteinsschicht, die die Erde bedeckt. Die tektonischen Platten der Erde, die sich alle relativ zueinander bewegen, bilden die Lithosphäre.

Asthenosphäre

Unter der Lithosphäre befindet sich eine relativ schwache und duktile Schicht des Mantels, die als Asthenosphäre bezeichnet wird. Obwohl die Asthenosphäre fest und nicht flüssig ist, fließt sie mit geologischen Geschwindigkeiten von bis zu mehreren Zentimetern pro Jahr. Mit anderen Worten, die Asthenosphäre verhält sich viel plastischer als die darüber liegende starre Lithosphäre.

Die chemische Zusammensetzung der Asthenosphäre entspricht in etwa der chemischen Zusammensetzung des darüber liegenden Lithosphärenmantels. Warum ist dann die Asthenosphäre weich und die Lithosphäre starr? Dies liegt daran, dass die Temperaturen in der Tiefe der Asthenosphäre sehr nahe am Schmelzpunkt des Gesteins liegen, wodurch das Gestein geschwächt wird. Tatsächlich wird aufgrund indirekter Beweise für wahrscheinlich gehalten, dass sich in den winzigen Räumen zwischen den Mineralien der Asthenosphäre ein kleiner Prozentsatz an geschmolzenem Gestein befindet, was zur weichen Beschaffenheit des Gesteins beiträgt. Die festen Mineralien der Asthenosphäre stehen jedoch weitgehend in Kontakt miteinander und bilden ein insgesamt festes Material, das trotz des möglichen Vorhandenseins einer geringen Menge an Schmelze insgesamt fest ist.

Die Asthenosphäre ist die Hauptquelle des meisten Magmas. Da die Asthenosphäre ihrem Schmelzpunkt nahe ist und überall einen geringen Anteil an teilweise geschmolzenem Gestein enthalten kann, braucht es nicht viel, um Magma zu bilden und sich von der Asthenosphäre zu trennen. Wie auf der Seite Eruptivgesteine ​​Grundlagen erklärt, kann das Schmelzen der Asthenosphäre durch Zugabe von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, oder durch Druckabfall verursacht werden. In Subduktionszonen geben Platten sinkender Lithosphäre Wasser in die Asthenosphäre ab, wodurch die Asthenosphäre schmilzt und Magma produziert, das in und durch die Kruste aufsteigt und den Vulkanbogen erzeugt, der in jeder Subduktionszone zu finden ist. An divergenten Plattengrenzen fließt die Asthenosphäre nach oben oder steigt auf, was den lithostatischen Druck so weit verringert, dass das Gestein der Asthenosphäre schmilzt. Deshalb sind divergente Plattengrenzen vulkanische Zonen. Die erstarrten Laven und Intrusionen an divergenten Plattengrenzen erzeugen neue Lithosphäre, die das sich auf beiden Seiten ausbreitende Plattenmaterial auffüllt und ersetzt.

Obere Mesosphäre

Unter der Asthenosphäre befindet sich der Rest des Mantels, die Mesosphäre. Die Mesosphäre macht den größten Teil des Mantelvolumens aus. Die Mesosphäre ist vollständig fest. Die Temperatur und der Druck des Gesteins in der Mesosphäre verhindern, dass es bricht; daher stammen keine Erdbeben aus der Mesosphäre.

Die obere Mesosphäre ist eine Übergangszone, in der das Gestein als Reaktion auf den zunehmenden lithostatischen Druck mit der Tiefe schnell dichter wird.

Untere Mesosphäre

Die untere Mesosphäre beginnt in einer Tiefe von 660 km von der Erdoberfläche. In dieser Tiefe nimmt die Dichte abrupt zu. Diese Zunahme wird durch Veränderungen in der Kristallstruktur der am häufigsten vorkommenden Mineralien im Gestein verursacht. Diese Mineralien ändern sich von weniger dichten Kristallstrukturen oberhalb der Grenze zu dichteren Kristallstrukturen unterhalb der Grenze. Die untere Mesosphäre erfährt eine geringe Dichteänderung von ihrer oberen Grenze bei 660 km bis zu ihrer Basis bei 2900 km, wo sie auf den äußeren Kern trifft.

Äußerer Kern

Der Boden der Mesosphäre ist die Grenze zum Erdkern. Der Kern ist etwa doppelt so dicht wie die Kruste und etwa 1,5-mal so dicht wie der Mantel. Der äußere Kern ist flüssig, wie man entdeckte, als erstmals beobachtet wurde, dass S-Wellen ihn nicht durchdringen.

Innerer Kern

Der innere Kern ist massiv. Der innere und der äußere Kern bestehen aus der gleichen eisenreichen, metallischen Zusammensetzung. Die Temperatur des inneren Kerns ist nicht sehr viel höher als die Temperatur des äußeren Kerns. Der lithostatische Druck nimmt jedoch mit der Tiefe weiter zu und der innere Kern hat das große Gewicht der restlichen Erde, die auf ihn drückt. Der Druck auf den inneren Kern ist hoch genug, um ihn im festen Zustand zu halten.

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