Erde
Die Erde (von indogermanisch er[t]) ist der dritte Planet unseres Sonnensystems. Sie ist ca. 4,55 Milliarden Jahre alt und ist der einzige bekannte belebte Ort (Planetenzeichen: ♁).
Entstehung und Aufbau der ErdeDie Erde entstand vor ca. 4,6 Milliarden Jahren. Man geht heute allgemein davon aus, dass die Erde während der ersten 100 Millionen Jahre ihrer Entstehung einem intensiven Bombardement von Meteoriten ausgesetzt war. Im Gegensatz zum Mond sind die Spuren dieser Einschläge auf der Erde aber durch spätere geologische Prozesse wieder vernichtet worden und nicht erhalten. Durch die kinetische Energie der Impakte, zusammen mit Wärme, die aus radioaktivem Zerfall stammte, erhitzte sich die junge Erde, bis sie vollkommen aufgeschmolzen war. In der Folge kam es zur gravitationalen Differenzierung von Erdkern und Erdmantel. Die schwersten Elemente, v.a. Eisen, sanken dabei zum Erdmittelpunkt, während leichte Elemente, vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium nach oben stiegen. Aus diesen Elementen bildeten sich hauptsächlich silikatische Minerale, die heute die Gesteine der festen Erdkruste bilden. Die Erde ist annähernd eine Kugel. Durch die Fliehkräfte ihrer Rotation ist sie an den Polen geringfügig abgeplattet, so dass der Umfang, der am Äquator 40.076,592 km und über die Pole 40.009,153 km beträgt, und der Durchmesser des Planeten um 0,27% variieren und ein Ellipsoid bilden. Der Meeresspiegel (das Geoid) weicht davon nochmals um ± 100 m ab. Die Unterschiede im Umfang bewirken, dass es keinen eindeutig höchsten Berg auf der Erde gibt. Je nach Definition könnte dies der Mt. Everest, der Chimborazo oder der Mauna Loa sein.
Die Oberfläche der Erde unterteilt sich in Landfläche (29,3%) und Wasserfläche (70,7%). Die Landfläche wird zum überwiegenden Teil von den Kontinenten gebildet.
Nach seismischen Messungen besteht die Erde in ihrem Inneren aus drei durch seismische Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) begrenzte Schalen: Der Erdkruste, dem Erdmantel und dem Erdkern. Die Erdkruste und der oberste Teil des Mantels zusammen bilden die so genannte Lithosphäre. Sie ist zwischen 50 und 100 km dick, und ist in etwa ein Dutzend große und mehrere kleine tektonische Platten zerbrochen. Dabei bewegen sich die festen Krustenbruchstücke der Platten auf den z.T. aufgeschmolzenen, zähflüssigen Gesteinen des Oberen Mantels, der 100 bis 150 km mächtigen Asthenosphäre, relativ gegeneinander. Siehe auch: Plattentektonik. Der innere Erdkern ist fest, der äußere geschmolzen und gut 4.000 °C heiß.
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| Die Erde | | Eigenschaften des Orbits |
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| Aphel | 152,1 Mio. km
1,017 AE | | Mittlerer Radius | 149,6 Mio. km
1 AE | | Perihel | 147,09 Mio. km
0,983 AE | | numerische Exzentrizität | 0,0167 | | Siderische Periode | 365,256 Tage | | Durchschnittliche Orbitalgeschwindigkeit | 29,78 km/s | | Inklination | 0° | | Physikalische Eigenschaften |
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| Durchmesser am Äquator | 12756,2 km | | Durchmesser von Pol zu Pol | 12713,6 km | | Erdumfang am Äquator | 40.076,592 km | | Erdumfang über die Pole | 40.009,153 km | | Volumen | 1083,23 Mrd. km3 | | Oberflächeninhalt | 510,06 Mio. km2 | | Masse | 5,9736 × 1024 kg | | Mittlere Dichte | 5,515 g/cm3 | Mittlere Dichte der Gesteine
der oberen Erdkruste | 2,75 g/cm3 | | Durchschnittliche Fallbeschleunigung | 9,80665 m/s² | | Rotationsperiode | 23Std.56min.4.09sek. | | Neigung der Drehachse | 23,45° | | Albedo | 0,367 | | Fluchtgeschwindigkeit | 11,186 km/s | Temperatur
an der Oberfläche | | | Zusammensetzung der Erdkruste |
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| Sauerstoff | 47 % | | Silizium | 28 % | | Aluminium | 8 % | | Eisen | 4,5 % | | Calcium | 3,5 % | | Kalium | 2,5 % | | Natrium | 2,5 % | | Magnesium | 2 % | | Titan | 0,5 % | | Wasserstoff | 0,2 % | | Kohlenstoff | 0,2 % | | andere | <1 % | Zusammensetzung des Erdmantels in der Reihenfolge der Häufigkeit
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Silizium, Sauerstoff, Magnesium,
Eisen, Aluminium, Calcium | | Zusammensetzung des Erdkerns |
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Eisen und wenige Prozent Nickel, Schwefel,
Sauerstoff, Wasserstoff und Kalium | | Zusammensetzung der Atmosphäre |
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| Druck | 1014 mbar | | Stickstoff | 78,084 % | | Sauerstoff | 20,946 % | | Argon | 9340 ppm | | Kohlendioxid | 350 ppm | | Neon | 18,18 ppm | | Helium | 5,24 ppm | | Methan | 1,7 ppm | | Krypton | 1,14 ppm | | Wasserstoff | 0,55 ppm | | Sonstige Daten |
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| Anzahl der Satelliten | 1, der Erdmond |
AtmosphäreHauptartikel: Erdatmosphäre Die Erde ist umgeben von einer ca. 640 km hohen Atmosphäre. In bodennahen Schichten besteht diese im Wesentlichen aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff und 1% Edelgasen. Dazu kommt ein wechselnder Anteil an Wasserdampf (0-5%), der das Wettergeschehen bestimmt. Die auf der Erde gemessenen Temperaturextreme betragen −89,6°C (gemessen am 21. Juli 1983 in der Vostok Station in der Antarktis auf 3420 m Höhe, was einer Temperatur von −60°C auf Meereshöhe entspräche) und +58°C (gemessen am 13. September 1922 in Al' Aziziyah in Libyen auf 111 m Höhe). Globaler EnergiehaushaltDer Energiehaushalt der Erde wird im Wesentlichen durch die Einstrahlung der Sonne bestimmt, der sonstige vorwiegend durch radioaktive Zerfälle erzeugte Energiebeitrag beträgt nur etwa 0,1%. Die Albedo der Erde beträgt 0,367, wobei ein wesentlicher Anteil auf die Wolken der Atmosphäre zurückzuführen ist. Dies führt zu einer globalen effektiven Temperatur von 246 K (-27 °C), Die Durchschnittstemperatur der unteren Erdatmosphäre liegt jedoch durch einen starken (natürlichen) Treibhauseffekt bei etwa 288 K (15 °C), wobei Wasser und Kohlendioxid den Hauptbeitrag liefern. Herkunft des irdischen WassersDie Herkunft des irdischen Wassers und damit der Ozeane ist bisher noch umstritten. Diskutiert werden drei Möglichkeiten, welche zum Wassergehalt der Erde beigetragen haben könnten. Ausgasen aus dem Inneren der Erde (vulkanisch) Einschlag eines oder mehrerer Kometen oder Transneptunische Objekte Einschlag eines oder mehrerer wasserreicher Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels
Bereits in den Planetesimalen, welche die Erde bildeten, war vermutlich etwas Wasser vorhanden. Dieses Wasser und andere leicht flüchtige Stoffe wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4) und Stickstoff (N2) gasten aus der grösstenteils aus flüssigem Magma bestehenden Ur-Erde aus und bildeten eine frühe wasserdampfreiche Ur-Atmosphäre. Diese Ur-Atmosphäre wurde nach heutigen Modellvortellungen durch einen Sonnenwind, der zur Zeit der Erdentstehung sehr viel heftiger war als heute, mitgerissen und entwich somit von der Erde. Durch Vulkanismus kam es später zur Bildung einer neuen Atmosphäre, die auch aus dem Erdinnern ausgegasten Wasserdampf enthalten haben dürfte. Mit der Bildung einer festen Kruste und der weiteren Abkühlung kam es demnach zur Kondensation von Wasserdampf und zur Bildung von ersten Ozeanen. Die große Menge an Wasser, die auf der Erde im Vergleich zu anderen erdähnlichen Planeten vorhanden ist, ist jedoch vermutlich nur schwer allein durch Ausgasen aus dem Erdinneren zu erklären. Die Planetesimale aus denen die Erde sich bildete, entstanden in einem Bereich des früheren Sonnensystems, in dem relativ wenig Wasser vorhanden war. Je kleiner der Abstand zur Sonne war, desto höher die Temperaturen und desto weniger Wasser war vorhanden. Erst außerhalb der solaren "Schneegrenze", welche etwa inmitten des heutigen Asteroidengürtels lag, war Wasser in größerer Menge vorhanden. So zeigen kohlige Chondrite, von denen angenommen wird, dass sie in den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels entstanden sind, einen Wassergehalt von manchmal mehr als 10% ihres Gewichts, während gewöhnliche Chondrite oder gar Enstatit-Chondrite vom inneren Rand des Asteroidengürtels weniger als 0,1% ihres Gewichts an Wasser enthalten. Die Planetesimale, aus denen sich die erdähnlichen Planeten bildeten, sollten dementsprechend noch weniger Wasser enthalten haben. Zudem wird angenommen, dass bei der Akkretion der Planetesimale zu den Planeten und dem Verlust der Ur-Atmosphäre nochmals grosse Mengen des ursprüngliche vorhandenen Wassers verloren ging. Deswegen wird heute vielfach angenommen, dass der überwiegende Teil des heutigen irdischen Wassers aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems stammt. Ein rein kometarer Ursprung des Wassers ist nach Messung des Isotopenverhälnis von Wasserstoff in den drei Kometen Halley, Hyakutake und Hale-Bopp durch Forscher wie David Jewitt unwahrscheinlich, da demnach das Verhältnis von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) von Kometen etwa doppelt so hoch ist wie in ozeanischem Wasser. Nicht klar ist dabei allerdings, ob diese Kometen repräsentaiv für Kometen aus dem Kuipergürtel sind. Nach A. Morbidelli et al. (Meteoritics & Planetary Science 35 (2000), 1309-1329) kommt der größte Teil des heutigen Wassers von einigen im äußeren Asteroidengürtel geformten Protoplaneten, die auf die Erde stürzten, wofür das D/H-Verhältnis von kohligen Chondriten spricht. Wassereinschlüsse in kohligen Chondriten zeigen ein ähnliches D/H-Verhältnis wie ozeanisches Wasser. MondHauptartikel: Mond Die Erde wird von einem Mond umkreist. Dieser ist im Vergleich zur Erde deutlich größer als es bei den anderen Planeten mit Ausnahme des Pluto/Charon-Systems der Fall ist. Der große Mond ist verantwortlich für die Stabilität der Bahnneigung der Erde und damit auch für die guten Bedingungen zum Entstehen von Leben auf der Erde. GezeitenDer Mond verursacht auf der Erde Gezeiten. Ebbe und Flut in den Meeren und im Erdmantel bremsen die Erdrotation und verlängern dadurch gegenwärtig die Tage um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr. Die Gezeiten wirken sich auch auf die Landmassen aus, um ca. einen halben Meter heben und senken sich die Landmassen. Die Rotationsenergie der Erde wird dabei in Wärme umgewandelt. Der Drehimpuls wird auf den Mond übertragen, dessen Bahn sich dadurch um etwa 4 Zentimeter pro Jahr von der Erde entfernt. Dieser schon lange vermutete Effekt ist seit etwa 1995 durch Laser-Distanzmessungen abgesichert. Die zunehmende Tageslänge kann geologisch anhand von Wachstumsringen in fossilen Korallen nachgewiesen werden. Man findet in diesen Sedimenten eine 'Spur' für jeden Tag, und eine jährliche Regelmäßigkeit, aus der sich die Anzahl der Tage im damaligen Jahr bestimmen lässt. In historischer Vergangenheit zeigt sich die Zunahme der Tageslänge anhand überlieferter Sonnenfinsternisse, die bei gleichbleibender Tageslänge an einem anderen Ort auf der Erde sichtbar gewesen wären. Extrapoliert man diese Abbremsung in die Zukunft, wird auch die Erde einmal dem Mond immer die gleiche Seite zuwenden, wobei ein Tag auf der Erde dann 47 Mal so lang wäre wie heute. Damit unterliegt die Erde dem gleichen Effekt, der in der Vergangenheit schon zur gebundenen Rotation des Mondes geführt hat. Zu dem Zeitpunkt, an dem diese Korotation eintreten wird, wird das Wechselspiel der Gezeiten beendet sein. Die Flutberge verbleiben dann immer an einem Ort auf der Verbindungslinie Erde-Mond und es wird zu einer dauerhaften Verformung des Erdkörpers kommen, ähnlich dem des Mondes. Diese Überlegungen kann man allerdings als hypothetisch betrachten, da zum einen die Stabilität der Erdrotation nicht gewährleistet ist. Zum anderen wird sich durch den Übergang der Sonne zu einem weißen Zwerg auch das gesamte Sonnensystem verändert haben. LebenDie Erde ist der einzige bekannte Ort, auf dem sich Leben entwickelt hat. Nach dem gegenwärtigen Stand der Forschung begann das Leben auf der Erde innerhalb sehr kurzer Zeitspannen, nachdem das anfängliche starke Bombardement durch Asteroiden, dem die Erde die erste Zeit bis etwa vor 3,9 Milliarden Jahren ausgesetzt war, abgenommen hatte, sich eine stabile Erdkruste ausbildete und diese sich soweit abgekühlt hatte, dass flüssiges Wasser möglich war. Die bisher ältesten, allerdings umstrittenen Hinweise auf Leben (vertsteinerte Cyanobakterien) sind 3,5 Milliarden Jahre alt und wurden in Gesteinen aus Westaustralien gefunden. In 3,9 Milliarden Jahre altem grönländischen Sediment-Gestein wurden Anomalien in Kohlenstoffisotopenverhältnissen gefunden, die auf biologischen Stoffwechsel hindeuten, so dass eventuell bereits zu dieser Zeit Leben existierte. Das Leben hat einen großen Einfluss auf die Entwicklung und das Erscheinungsbild der Erde. Durch das Leben wurde durch die Produktion von Sauerstoff die atmosphärische Zusammensetzung und durch die Pflanzen die Albedo und damit die Energiebilanz entscheidend verändert. Während 1920 ca. 1,8 Mrd. Menschen die Erde bevölkerten,wuchs die Bevölkerung bis zum Jahr 2000 auf 6,1 Mrd. Menschen an. In den Entwicklungsländern ist für die Zukunft weiterhin eine starke Bevölkerungsvermehrung zu erwarten, während in den hoch entwickelten Ländern die Bevölkerung stagniert.
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