Das aus der Erde herausgeschnittene Stück, das Sie hier sehen, zeigt seinen Kern, der hier in leuchtendem Gelb dargestellt ist. Unsere Erde ist in Schichten ähnlich einer Zwiebel aufgebaut und besteht aus Kruste, Mantel, äußerem Kern und innerem Kern, jeder mit seinen eigenen spezifischen Eigenschaften.
Wie ist es möglich, dass das Erdinnere über Milliarden von Jahren so heiß geblieben ist wie die Sonnenoberfläche?
Die Schichtstruktur der Erde, zu der auch bewegliche Platten gehören, wird durch Überreste der Planetenentstehung und den Zerfall radioaktiver Isotope erhitzt. Geowissenschaftler nutzen seismische Wellen, um diese inneren Strukturen und Bewegungen zu untersuchen, die für Umweltveränderungen und die Entwicklung des Lebens auf der Erde von entscheidender Bedeutung sind. Die innere Wärme treibt Plattenbewegungen an und trägt zu Phänomenen wie Erdbeben, Vulkanausbrüchen und der Entstehung neuer Land- und Ozeane bei, wodurch die Erde bewohnbar wird.
Unsere Erde ist wie eine Zwiebel aufgebaut – eine Schicht nach der anderen.
Von oben nach unten gibt es die Kruste, die die Oberfläche umfasst, auf der man geht; dann weiter unten der Mantel, größtenteils aus festem Gestein; dann, noch tiefer, der äußere Kern aus flüssigem Eisen; und schließlich der innere Kern, der aus massivem Eisen besteht und einen Radius hat, der 70 % der Größe des Mondes entspricht. Je tiefer man taucht, desto heißer wird es – Teile des Kerns sind so heiß wie die Oberfläche der Sonne.
Diese Abbildung zeigt die vier Abschnitte unter der Erdoberfläche.
Reise zum Mittelpunkt der Erde
Als Professor für Geo- und Planetenwissenschaften erforsche ich das Innere unserer Welt. So wie ein Arzt eine Technik namens Sonographie verwenden kann, um mit Ultraschallwellen Bilder von den Strukturen im Inneren Ihres Körpers zu machen, verwenden Wissenschaftler eine ähnliche Technik, um die inneren Strukturen der Erde abzubilden. Doch statt Ultraschall nutzen Geowissenschaftler seismische Wellen – Schallwellen, die bei Erdbeben entstehen.
An der Erdoberfläche sieht man natürlich Erde, Sand, Gras und Pflaster. Seismische Vibrationen offenbaren, was sich darunter befindet: große und kleine Felsen. Dies alles ist Teil der Kruste, die bis zu 30 Kilometer tief sein kann; es schwimmt auf der Schicht, die Mantel genannt wird.
Der obere Teil des Mantels bewegt sich typischerweise zusammen mit der Erdkruste. Zusammen werden sie Lithosphäre genannt, die im Durchschnitt etwa 100 Kilometer dick ist, obwohl sie an manchen Stellen dicker sein kann.
Die Lithosphäre ist in mehrere große Blöcke, sogenannte Platten, unterteilt. Beispielsweise liegt die Pazifische Platte unter dem gesamten Pazifischen Ozean und die Nordamerikanische Platte bedeckt den größten Teil Nordamerikas. Platten sind eine Art Puzzleteile, die grob zusammenpassen und die Erdoberfläche bedecken.
Die Platten sind nicht statisch; Stattdessen bewegen sie sich. Manchmal sind es winzige Bruchteile von Zentimetern über einen Zeitraum von Jahren. Manchmal gibt es mehr Bewegung und sie kommt plötzlicher. Diese Art von Bewegung löst Erdbeben und Vulkanausbrüche aus.
Darüber hinaus ist die Plattenbewegung ein entscheidender und wahrscheinlich wesentlicher Faktor für die Entwicklung des Lebens auf der Erde, da die sich bewegenden Platten die Umwelt verändern und das Leben dazu zwingen, sich an neue Bedingungen anzupassen.
Sie werden staunen, was für ein Leben sich unter Ihren Füßen abspielt.
Die Hitze ist an
Die Plattenbewegung erfordert einen heißen Mantel. Und tatsächlich steigt die Temperatur, je tiefer man in die Erde vordringt.
Am Boden der Platten, etwa 100 Kilometer tief, beträgt die Temperatur etwa 2.400 Grad[{” attribute=””>Fahrenheit (1,300 degrees Celsius).
By the time you get to the boundary between the mantle and the outer core, which is 1,800 miles (2,900 kilometers) down, the temperature is nearly 5,000 °F (2,700 °C).
Then, at the boundary between outer and inner cores, the temperature doubles, to nearly 10,800 °F (over 6,000 °C). That’s the part that’s as hot as the surface of the Sun. At that temperature, virtually everything – metals, diamonds, human beings – vaporizes into gas. But because the core is at such high pressure deep within the planet, the iron it’s made up of remains liquid or solid.
Ohne Plattentektonik gäbe es den Menschen wahrscheinlich nicht.
Kollisionen im Weltraum
Woher kommt die ganze Hitze?
Es kommt nicht von der Sonne. Während es uns und alle Pflanzen und Tiere auf der Erdoberfläche erwärmt, kann Sonnenlicht nicht kilometerweit in das Innere des Planeten eindringen.
Stattdessen gibt es zwei Quellen. Eine davon ist die Wärme, die die Erde während ihrer Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren geerbt hat. Die Erde entstand aus dem Sonnennebel, einer gigantischen Gaswolke, inmitten endloser Kollisionen und Verschmelzungen zwischen Gesteinsbrocken und Trümmern, sogenannten Planetesimalen. Dieser Prozess dauerte mehrere zehn Millionen Jahre.
Bei diesen Kollisionen entstand eine enorme Hitzemenge, die ausreichte, um die gesamte Erde zum Schmelzen zu bringen. Obwohl ein Teil dieser Wärme im Weltraum verloren ging, wurde der Rest im Inneren der Erde eingeschlossen, wo ein Großteil davon auch heute noch verbleibt.
Die andere Wärmequelle: der Zerfall radioaktiver Isotope, die überall auf der Erde verteilt sind.
Um dies zu verstehen, stellen Sie sich zunächst ein Element als eine Familie vor, deren Mitglieder Isotope sind. Jeden[{” attribute=””>atom of a given element has the same number of protons, but different isotope cousins have varying numbers of neutrons.
Radioactive isotopes are not stable. They release a steady stream of energy that converts to heat. Potassium-40, thorium-232, uranium-235, and uranium-238 are four of the radioactive isotopes keeping Earth’s interior hot.
Some of those names may sound familiar to you. Uranium-235, for example, is used as a fuel in nuclear power plants. Earth is in no danger of running out of these sources of heat: Although most of the original uranium-235 and potassium-40 are gone, there’s enough thorium-232 and uranium-238 to last for billions more years.
Along with the hot core and mantle, these energy-releasing isotopes provide the heat to drive the motion of the plates.
No heat, no plate movement, no life
Even now, the moving plates keep changing the surface of the Earth, constantly making new lands and new oceans over millions and billions of years. The plates also affect the atmosphere over similarly lengthy time scales.
But without the Earth’s internal heat, the plates would not have been moving. The Earth would have cooled down. Our world would likely have been uninhabitable. You wouldn’t be here.
Think about that, the next time you feel the Earth under your feet.
Written by Shichun Huang, Associate Professor of Earth and Planetary Sciences, University of Tennessee.
Adapted from an article originally published in The Conversation.