Erdschichten - das Innere der Erde

Die Erde hat eine Schalenstruktur

• Die Erde kann nicht durch und durch aus dem gleichen Material bestehen wie ihre Oberfläche, weil sie dann nämlich nur die Hälfte  bekannten Gewichtes wiegen würde. Die Masse der Erde kann aus astronomischen Daten oder aus dem Gravitationsgesetz gewonnen werden. Je weiter man ins Innere vordringt, umso größer müssen also Dichte und auch Temperatur werden.
• Geophysiker nehmen heute an, dass die Erdkugel ähnlich wie eine Zwiebel aufgebaut ist. Die Erde hat also eine mehr oder weniger ausgeprägte Schalenstruktur.
• Die einzelnen Erdschichten haben unterschiedliche Eigenschaften und Zusammensetzung. Grob kann das Erdinnere in drei Erdschichten eingeteilt werden. Dabei handelt es sich - von außen nach innen - um Erdkruste, Erdmantel und Erdkern.
• Die äußere Gesteinsschicht wird als Erdkruste bezeichnet. Darunter befindet sich der Erdmantel, eine plastische Schicht. Das Innere bezeichnet man als Erdkern, eine eher metallische Schicht.
• Die Erdkruste hat eine Dicke zwischen 15 und 50 Kilometern. Sie besteht in der oberen, gefalteten Schicht aus dem Gestein, das die Kontinente aufbaut. Darunter befindet sich eine Schicht aus schwererem Basalt.
• Der Erdmantel ist etwa 3000 Kilometer dick. Dort herrscht vor allem das Mineral Olivin vor, ein Eisen-Magnesium-Silikat. Bedingt durch die hohen Temperaturen ist dieses Gestein jedoch nicht starr, sondern plastisch verformbar. Im Gegensatz zum Erdmantel ist die Erdkruste im Vergleich nicht dicker als die Schale eines Apfels.

Der Erdkern ist nahezu unerforscht

• Der Erdkern ist mit einem Durchmesser von rund 6000 Kilometern etwa so groß wie der Nachbarplanet Mars. Hier herrscht ein ungeheurer Druck. Sie haben es mit unvorstellbaren drei Millionen Atmosphären zu tun. Für die Temperatur schätzt man Werte zwischen 4000 und 5000 Grad.
• Der physikalisch-chemische Zustand des metallischen Kerns ist in der Wissenschaft bis heute nicht gesichert. Wahrscheinlich handelt es sich um eine Kugel aus einer flüssigen und eventuell festen Mischung von Eisen, Nickel sowie anderen schweren Elementen.
• Ein äußerer Erdkern umschließt als starre Flüssigkeit den festen Anteil. An der Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel liegt vermutlich die Zone, in der durch gigantische Ladungsströmungen des Erdmagnetfeld entsteht.
• Woran liegt der Aufbau mit von außen nach innen steigenden Temperaturen und immer schwereren Elemente? Es handelt sich wahrscheinlich um eine Folge dessen, dass die Erde einst eine Glutkugel war. Das heute noch "glühende" Erdinnere ist also ein Relikt der früheren Energievorräte. Zusätzlich sorgen radioaktive Zerfälle für Wärmeenergie im Erdinneren.

Erdbebenwellen offenbaren die Erdschichten

Woher weiß die Wissenschaft diese Fakten? Schließlich kann niemand in das Innere der Erde hineinschauen.

• Über die Erdschichten und vor allem über die Struktur des Erdmantels geben seismische Wellen Auskunft, wie sie von Erdbeben ausgelöst werden,.
• Bei der Auswertung spielen die Geschwindigkeiten unterschiedlicher Wellenarten, sowie die Reflexion dieser Wellen, beispielsweise am Erdmantel oder Erdkern, eine wesentliche Rolle.
• Aus den seismischen Daten lässt sich auch der Druck in verschiedenen Tiefen berechnen. Außerdem kann man feste und flüssige Zonen unterscheiden. Flüssigkeiten übertragen nur Druckwellen, während sich in einem festen Körper sowohl Druck- als auch Schwerwellen ausbreiten. Bei einer Druckwelle schwingen die Materieteilchen nur in Ausbreitungsrichtung vor und zurück. Bei Schwerwellen bewegen sie sich senkrecht dazu.

Weitere Daten über das Innere der Erde sowie die Struktur der Erdschichten lassen sich übrigens durch Experimente unter hohen Drucken und Temperaturen gewinnen. So konnten zum Beispiel Hochdruckexperimente klären, dass eine spezielle Kristallstruktur, man nennt sie Perowskit-Struktur, im unteren Erdmantel vorherrscht. Direkt an der Erdoberfläche kann auch einiges über die Zusammensetzung der Mantelgesteine in Erfahrung gebracht werden. Sie werden durch die Plattentektonik aus einer Tiefe um 100 Kilometer ans Tageslicht gebracht.

Tiefbohrungen kratzen nur an der Oberfläche

• Auch wenn es auf den ersten Blick verlockend klingt: Tiefbohrungen wie beispielsweise in Windisch-Eschenbach in der Oberpfalz oder auf der russischen Halbinsel Kola, "kratzen nur an der Oberfläche" der Erde. Schon der Name "kontinentale Tiefbohrung" bringt dies zum Ausdruck.
• Die deutsche Bohrung hat eine Tiefe von rund neun Kilometer erreicht, in Russland konnten die Wissenschaftler rund zwölf Kilometer tief bohren. Bis zum Mittelpunkt der Erde sind es jedoch mehr als 6370 Kilometer.
• Nutzlos ist diese Forschungsarbeit keinesfalls. Derartige Bohrungen fördern Gestein in Form von Bohrkernen auf die Erdoberfläche. Die Bohrkerne geben nicht nur Aufschluss über die Zusammensetzung des Gesteins, sondern auch über den Temperatur- und Dichteverlauf in der Erdkruste. Damit sind zum Beispiel genauere Modellrechnungen möglich.

Die Erdkugel besteht also aus einzelnen Schichten, die chemisch und physikalisch unterschiedlich sind. Grob können Sie von einem Schalenaufbau aus Erdkern, flüssigem Erdmantel und fester Erdkruste sprechen.