Das meiste Wissen über den Aufbau der Erde stammt aus der Untersuchung von Erdbeben. Jedes Erdbeben sendet Wellen in alle Richtungen aus, so wie das Fallenlassen eines Steins in einen See Wellen durch das Wasser aussendet. Diese Erdbebenwellen werden seismische Wellen genannt. Die Beobachtung dieser seismischen Wellen auf ihrem Weg durch die Erde gibt den Wissenschaftlern eine Vorstellung von den verschiedenen Materialien, durch die sich die Wellen bewegen.
Es gibt zwei Arten von seismischen Wellen: S-Wellen und P-Wellen. Diese Wellen verhalten sich unterschiedlich, wenn sie verschiedene Arten von Materialien durchdringen. So wie sich eine Schallwelle anders verhält, wenn sie statt durch Luft durch Wasser geht; seismische Wellen verhalten sich unterschiedlich, wenn sie verschiedene Materiephasen durchlaufen. Wissenschaftler wissen, dass sich P-Wellen durch alle Arten von Materialien ausbreiten, S-Wellen jedoch nicht durch Flüssigkeiten.
Die Erde besteht aus mehreren Schichten. Jede Schicht hat ihre eigenen charakteristischen Eigenschaften. Wissenschaftler betrachten die Schichten der Erde auf zwei Arten – in Bezug auf die chemische Zusammensetzung und in Bezug auf die physikalischen Eigenschaften.
Basierend auf der chemischen Zusammensetzung kann die Erde vom Erdmittelpunkt aus in drei Schichten unterteilt werden: Kern, Mantel und Kruste.
Die äußerste feste Schicht der Erde wird Kruste genannt. Sie liegt über dem Erdmantel und ist die harte Außenhülle der Erde. Die Kruste ist die Oberfläche, auf der wir leben.
Die Kruste ist 0-32 km (0-19,8 Meilen). Die Kruste ist im Verhältnis zu den anderen Schichten die dünnste und am wenigsten dichte Schicht. Es schwimmt auf dem weicheren, dichteren Mantel. Die Kruste besteht aus festem Gestein, aber diese Gesteine sind nicht auf der ganzen Welt gleich.
Es gibt zwei Hauptarten von Kruste:
Die ozeanische Kruste ist eine dünne Schicht (ca. 5 km), die unter den Ozeanen gefunden wird. Obwohl es relativ dünn ist, ist es die dichteste Art von Kruste und besteht aus einem metamorphen Gestein namens Basalt.
Die kontinentale Kruste bildet die Kontinente und ruht auf der ozeanischen Kruste. Im Vergleich zur ozeanischen Kruste ist die kontinentale Kruste dicker (30 km). Die kontinentale Kruste besteht aus weniger dichtem Gestein wie Granit. Obwohl die kontinentale Kruste weniger dicht ist, ist sie viel dicker als die ozeanische Kruste, da sie aus den Gesteinen besteht, aus denen die Kontinente bestehen.
Da die Erde im Inneren sehr heiß ist, fließt ein Wärmestrom vom Kern zur Kruste. Dies wird als Konvektionsstrom bezeichnet. Dieser Strom kühlt sich ab, wenn er näher an die Erdoberfläche steigt. Diese Konvektionsströmung am Boden der Kruste verursacht die Bewegung der tektonischen Platten. Die ständige Bewegung der Platten nennt man Plattentektonik. Die Bewegung dieser Platten ist sehr langsam, aber wenn sie zusammenstoßen, verursacht dies ein Erdbeben. Die Kombination aus Konvektionsströmen aus dem Mantel und den Auswirkungen der Atmosphäre macht die Kruste etwa 0-1598 ° F von der Oberfläche bis zum Boden der Kruste. Kruste und Atmosphäre sind die kühlsten Schichten der Erde.
Die Kruste ist von Natur aus spröde. Knapp 1 % des Erdvolumens und 0,5 % der Erdmasse bestehen aus der Kruste. Die Hauptbestandteile der Kruste sind Siliziumdioxid (Si) und Aluminium (Al) und werden daher oft als SIAL bezeichnet.
Die Diskontinuität zwischen Hydrosphäre und Kruste wird als Conrad-Diskontinuität bezeichnet.
Die Schicht unter der Kruste und über dem Kern ist der Mantel. Es ist ungefähr 2900 km dick. Fast 84 % des Erdvolumens und 67 % der Erdmasse werden vom Erdmantel eingenommen. Der Mantel hat eine durchschnittliche Dichte von 4,5 g∕cm 3 . Die Dichte nimmt mit der Tiefe zu, weil der Druck zunimmt.
Die Diskontinuität zwischen Kruste und Mantel wird als Mohorovich-Diskontinuität oder Moho-Diskontinuität bezeichnet.
Der Mantel besteht hauptsächlich aus festen Gesteinen aus Silizium und Magnesium und wird daher als SIMA bezeichnet. Tief im Erdmantel bestehen die Gesteine aus Magnesium und Eisen. Ein weiterer Grund dafür, dass der Mantel mit der Tiefe dichter wird, ist, dass das Gestein auf dieser Ebene Eisen enthält und Eisen dichter ist als die Materialien in den oberen Schichten des Mantels.
Der Erdmantel hat in verschiedenen Tiefen unterschiedliche Temperaturen. Die Temperatur des Mantels nimmt mit der Tiefe zu. Sie reicht von 1598-3992°F. Die höchsten Temperaturen treten dort auf, wo das Mantelmaterial mit dem wärmeerzeugenden Kern in Kontakt ist. Der Mantel speichert viel Wärme, die in Räumen, die Konvektionszellen genannt werden, durch den Mantel zirkuliert. Die Wärmebewegung kann dazu führen, dass sich die Platten des Meeresbodens und der Kontinente verschieben. Über Jahrmillionen können sich die Erdplatten ganz schön bewegen. Wenn diese Verschiebungen schnell geschehen, erleben wir Erdbeben.
Dieser stetige Temperaturanstieg mit der Tiefe wird als geothermischer Gradient bezeichnet. Der geothermische Gradient ist für unterschiedliche Gesteinsverhalten verantwortlich. Das unterschiedliche Gesteinsverhalten wird genutzt, um den Mantel in zwei unterschiedliche Zonen zu unterteilen. Gesteine im oberen Mantel sind kühl und spröde, während Gesteine im unteren Mantel heiß und weich, aber nicht geschmolzen sind. Gesteine im oberen Mantel sind spröde genug, um unter Belastung zu brechen und Erdbeben zu erzeugen. Gesteine im unteren Mantel sind jedoch weich und fließen, wenn sie Kräften ausgesetzt werden, anstatt zu brechen.
Der oberste feste Teil des Mantels und die gesamte Kruste bilden die Lithosphäre.
Die Asthenosphäre (zwischen 80 und 200 km) ist eine hochviskose, mechanisch schwache und duktile, deformierende Region des oberen Mantels, die direkt unter der Lithosphäre liegt. Die Asthenosphäre ist die Hauptquelle von Magma und die Schicht, über der sich die Lithosphärenplatten/Kontinentalplatten bewegen (Plattentektonik).
Die Diskontinuität zwischen dem oberen Mantel und dem unteren Mantel ist als Repetti-Diskontinuität bekannt.
Der Teil des Mantels, der sich direkt unter der Lithosphäre und der Asthenosphäre, aber über dem Kern befindet, wird als Mesosphäre bezeichnet.
Der innere Teil der Erde ist der Kern. Dieser Teil der Erde liegt etwa 2900 km unter der Erdoberfläche. Der Kern ist durch Guttenbergs Diskontinuität vom Mantel getrennt.
Der Kern besteht hauptsächlich aus Eisen (Fe) und Nickel (Ni) und wird daher auch NIFE genannt. Der Kern macht fast 15 % des Erdvolumens und 32,5 % der Erdmasse aus. Mit einer Dichte zwischen 9,5 und 14,5 g∕cm 3 ist sie die dichteste Schicht der Erde.
Nach der Beobachtung der Geschwindigkeiten von P-Wellen und S-Wellen sind Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass das Erdzentrum in zwei Schichten unterteilt ist – den äußeren Kern und den inneren Kern.
Der äußere Kern ist eine Flüssigkeit, weil die Temperatur hoch genug ist, um die Eisen- und Nickelmetalle zu schmelzen. Der äußere Kern beginnt etwa 2900 km unter der Oberfläche und ist etwa 2300 km dick. Da sich die Erde dreht, dreht sich der äußere Kern um den inneren Kern und das verursacht den Magnetismus der Erde. Magnetismus wird seit Tausenden und Abertausenden von Jahren von Seeleuten genutzt, um sich auf der Erde zurechtzufinden. Magnetismus beeinflusst auch Teilchen außerhalb der Erdatmosphäre bis zu mehr als 60.000 km ins All. Der äußere Kern hat etwa 3992-9032 °F. Die Dichte des äußeren Kerns liegt zwischen 10 g/cm3 und 12,3 g∕cm 3 .
Der innere Kern liegt 5150 Kilometer (3200 Meilen) unter der Erdoberfläche. Man müsste noch etwa 1300 Kilometer (808 Meilen) mehr fahren, um das Zentrum zu erreichen. Die Temperatur im inneren Kern beträgt etwa 5000 – 6000 °C (9032 – 10832 °F). Es besteht aus den gleichen Materialien wie der äußere Kern, aber aufgrund des hohen Drucks ist der innere Kern fest. Hier ist ein enormer Druck, der durch das Gewicht der aufliegenden Steine erzeugt wird, stark genug, um die Atome dicht aneinander zu drängen und den flüssigen Zustand zu verhindern. Dieser hohe Druck und die dichten Metalle im Kern machen seine Dichte zu 13 g∕cm 3 .
Die Diskontinuität zwischen dem oberen Kern und dem unteren Kern wird als Lehmann-Diskontinuität bezeichnet.
Die Erde wird auch basierend auf physikalischen Eigenschaften in Schichten unterteilt, z. B. ob die Schicht fest oder flüssig ist.
Die fünf physikalischen Schichten sind Lithosphäre, Asthenosphäre, Mesosphäre, äußerer Kern und innerer Kern.
1. Lithosphäre - Die äußerste Schicht aus festem Gestein, die an der Erdoberfläche gefunden wird, ist die Lithosphäre. Es umfasst sowohl die Kruste als auch den Feststoff, den obersten Teil des Mantels. Es ist relativ weniger dicht als die anderen physikalischen Schichten der Erde. Die Lithosphäre ist in Teile unterteilt, die als tektonische Platten bezeichnet werden.
2. Asthenosphäre – Die Asthenosphäre befindet sich unterhalb der Lithosphäre und ist die Schicht eines schwachen oder weichen Mantels aus festem Gestein, der sich sehr langsam bewegt. Es befindet sich unterhalb der Lithosphäre. Tektonische Platten bewegen sich auf der Asthenosphäre.
3. Mesosphäre - Der starke, untere Teil des Mantels wird als Mesosphäre bezeichnet. Das Gestein in der Mesosphäre fließt langsamer als das Gestein in der Asthenosphäre. Die Mesosphäre ist viel dichter als die Asthenosphäre.
4. Äußerer Kern - Der äußere Kern ist die flüssige Schicht des Erdkerns. Der äußere Kern liegt unter dem Mantel und umgibt den inneren Kern.
5. Innerer Kern – Der innere Kern ist das solide, dichte Zentrum unseres Planeten. Der innere Kern erstreckt sich von der Unterseite des äußeren Kerns bis zum Erdmittelpunkt.
Lithosphäre und Asthenosphäre sind nicht dasselbe wie Kruste und Mantel. Die Kruste und der Mantel sind zusammengesetzte Schichten der Erde. Die Lithosphäre und die Asthenosphäre sind physische Schichten. Die Lithosphäre umfasst die Kruste und den festen, äußersten Teil des Mantels. Die Kruste ist dünner als die Lithosphäre und enthält Gesteinsmaterial, das reich an Kieselsäure und viel weniger dicht ist als das Gesteinsmaterial in den anderen Schichten der Erde. Die Asthenosphäre ist eine halbfeste Schicht zwischen der festen Lithosphäre und der Mesosphäre.
Die Asthenosphäre ist keine Flüssigkeit. Gesteinsmaterial, aus dem die Asthenosphäre besteht, ist dehnbar, was bedeutet, dass es langsam gedehnt werden kann. Die Asthenosphäre ist aufgrund der intensiven Hitze des Erdinneren duktil. Wenn Gesteinsmaterial im unteren Teil der Asthenosphäre erhitzt wird, steigt es langsam auf. Beim Aufsteigen beginnt es abzukühlen und sinkt wieder ab. So zirkuliert Gesteinsmaterial in der Asthenosphäre in riesigen Konvektionszellen. Diese Konvektionszellen verursachen tektonische Plattenbewegungen. Lithosphärenplatten, die auf der Asthenosphäre ruhen, werden mitgenommen, wenn die Asthenosphäre langsam fließt. Die Bewegung der Lithosphärenplatten verursacht Erdbeben und Vulkane.
