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Prof. Dr. Ulrich Hansen
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Die Erde in Bewegung

Aussehen und Magnetfeld der Erde

werden von Konvektionsströmungen geprägt

Gifanim

Ulrich Hansen & Jörg Schmalzl

Einleitung
Der Aufbau der Erde

Die dynamische Erde
Die Instrumenste der Geodynamik: Wissenschaftliches Rechnen und Computermodellierung
Die Mantelkonvektion als Antrieb der Plattentektonik
Die Entstehung des Erdmagnetfeldes
Ausblicke

Das Innere der Erde ist direkten Beobachtungen unzugänglich. Die tiefsten Bohrungen reichen gerade 10 -12 km tief und kratzen so nur die äußerste Hülle der Erde an.

Ein Forscher, der den inneren Aufbau der Erde entschlüsseln möchte, befindet sich etwa in der Situation von jemandem, der sich Informationen über das Innere einer undurchsichtigen verschlossenen Schachtel verschaffen will. Diese Person wird vermutlich auf diese Schachtel klopfen und an ihr horchen. Ähnlich gehen Geophysiker bei ihrer Arbeit vor. Sie horchen an der Erde, wenn diese durch Erdbeben erschüttert wird. Sie verwenden dabei Seismographen, hoch empfindliche Messinstrumente, die Bodenbewegungen registrieren. Aus den Ausbreitungseigenschaften elastischer Wellen, die bei Erdbeben angeregt werden, lassen sich Rückschlüsse auf den Aufbau des Erdinneren ziehen. Die Seismologie, diejenige Disziplin der Geophysik, die sich mit Erdbeben beschäftigt, hat die meisten Informationen über den Aufbau der Erde geliefert. Sie hat gezeigt, dass die Erde aus verschiedenen Schichten aufgebaut ist.

Erdaufbau 

Abb. 1: Schema der Erde (Schalenmodell). Unten: Geschwindigkeit seismischer Wellen und Materialdichte mit zunehmender Tiefe. Beim Übergang vom oberen in den unteren Mantel findet sich ein sprunghafter Anstieg, der eben auf eine abrupte Änderung des Materialzustandes hinweist. Eine noch stärkere Änderung der Wellengeschwindigkeit findet man beim Übergang vom festen Erdmantel in den flüssigen Erdkern.

Die äußere, etwa 100 km dicke Schicht wird Lithosphäre genannt. Darunter erstreckt sich bis zu einer Tiefe von 2900 km der Erdmantel. Die seismologischen Untersuchungen zeigen einen abrupten Anstieg der Wellengeschwindigkeiten in einer Tiefe von 700 km und weisen so auf die Existenz einer Trennschicht hin. Diese markiert den Übergang vom oberen in den unteren Erdmantel. Laborexperimente haben inzwischen bestätigt, dass in Mantelmaterial bei entsprechenden Drucken und Temperaturen ein Phasenübergang stattfindet, bei dem sich die Kristallstruktur der Materials verändert. Diese Veränderung in der Kristallstruktur führt zu einem Anstieg der Geschwindigkeit der seismischen Wellen. Einen abrupten Abfall der Geschwindigkeiten beobachtet man in einer Tiefe von 2900 km. Hier liegt die so genannte Kern-Mantel Grenze, an die sich der äußere Erdkern anschließt. Im Gegensatz zum darüber liegenden Erdmantel liegt die Temperatur im äußeren Erdkern oberhalb der Schmelztemperatur; der äußere Erdkern ist flüssig. Auch hinsichtlich der Zusammensetzung unterscheidet sich der Kern vom Erdmantel. Während der Erdmantel aus festem silikatischen Steinmaterial besteht, besteht der äußere Erdkern im wesentlichen aus Eisen. Im Zentrum der Erde befindet sich schließlich der wiederum feste innere Erdkern. Man nimmt heute an, dass auch er aus einer Eisenlegierung besteht.




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