Erde

Wann ist die Erde entstanden?

Zusammen mit dem restlichen Sonnensystem hat die Erde vor über 4,6 Milliarden Jahren angefangen, sich zu formen. Um das herauszufinden, haben Forschende Gestein von der Erde, vom Mond und von Meteoriten untersucht. Auf der Erde sind leider kaum Steine aus der Entstehungszeit mehr übrig, weil unser Planet geologisch sehr aktiv ist. Erdbeben und Vulkanausbrüche sorgen immer wieder dafür, dass sich die Oberfläche erneuert.

Wenn Forschende mehr über die geologische Vergangenheit unserer Erde wissen wollen, greifen sie in der Regel auf Zirkone zurück. Ein Zirkon ist ein Kristalle mit der chemischen Formel ZrSiO4. Er entsteht im Magma, speichert dabei die Eigenschaften des Magmas und ist besonders langlebig. Die mit über vier Milliarden Jahren ältesten bisher auf der Erde gefundenen Zirkone stammen aus den Jack Hills im Westen Australiens und können somit Aufschluss über das geologische Zeitalter Hadaikum geben, was von der Entstehung der Erde bis zu einem Zeitpunkt vor vier Milliarden Jahren reicht.

Wir wissen, wie alt Zirkone sind, denn im Kristallgitter reichern sich in kleinen Mengen auch andere Elemente wie beispielsweise Uran an. Anhand der radioaktiven Elemente kann das Alter der Zirkone bestimmt werden. Dafür wird die Anzahl von Uran mit der Anzahl seiner Zerfallsprodukte verglichen.

Woraus besteht die Erde?

Wenn wir darüber sprechen wollen, woraus die Erde besteht, müssen wir nach den verschiedenen Schichten der Erde unterscheiden: innerer Erdkern, äußerer Erdkern, Erdmantel und Erdkruste. Denn nicht in jeder Schicht sind die chemischen Elemente gleich verteilt. Der Erdkern besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel und anderen schweren Elementen. Wobei »schwer« hier eigentlich ein missverständlicher Begriff ist. So bezeichnet man Elemente mit einer hohen Dichte.

Im Erdmantel ist flüssiges Gestein zu Hause. Hier liegen auch die Magma-Reservoirs für Vulkane. Das häufigste Element ist Sauerstoff. Allerdings nicht im gasförmigen Zustand, wie wir es aus der Luft kennen, sondern an Metalle wie Silizium und Magnesium gebunden. Siliziumdioxid (SiO2) ist die Verbindung, die am meisten vorkommt.

Die Erdkruste ist mit etwa fünf Kilometern Tiefe die dünnste Schicht der Erde. Sie ist fest und besteht ebenfalls hauptsächlich aus Sauerstoff, gefolgt von Silizium. Denn auch die Erdkruste ist Gestein - diesmal allerdings festes Gestein. Über der Erdkruste liegt die Atmosphäre, also unsere Luft. Und auf der Erdkruste sind die Ozeane und natürlich auch wir und die gesamte Biomasse der Erde, also Pflanzen und Tiere.

Woher kennen wir den Radius der Erde?

Der Erdradius ist schon im Zeitalter vor Christus bestimmt worden. Zum Beispiel von Eratosthenes, der von 276 bis 196 vor Christus gelebt hat und Bibliothekar in Alexandria war. Dazu brauchte er zwei Orte, die auf dem gleichen Längengrad liegen: Alexandria und Syene (heute Assuan).

Er kannte die Distanz zwischen den beiden Städten und wusste, dass die Sonne zur Sommersonnenwende in Assuan im Zenit steht, also senkrecht am Himmel. Zur nächsten Sommersonnenwende hat er dann den Winkel gemessen, in dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche in Alexandria treffen. Daraus konnte er dann geometrisch den Erdradius berechnen.

Woher wissen wir, wie schwer die Erde ist?

Die Erde hat eine Masse von etwa 6 × 1024 Kilogramm. Wir können die Erde natürlich nicht auf eine Waage legen, aber wir können ihre Masse ausrechnen. Zwei Körper ziehen sich gegenseitig an. Wie stark, hängt von den jeweiligen Massen der Körper und dem Abstand zwischen ihnen ab. Wenn wir die Masse der Erde ausrechnen wollen, muss der eine Körper die Erde sein und den anderen können wir frei wählen. Sagen wir zum Beispiel, der zweite Körper ist dieses Buch und es liegt auf der Erdoberfläche. Der Abstand zwischen den beiden Körpern ist in dem Fall der Erdradius, weil das Massezentrum der Erde auch im räumlichen Zentrum der Erde liegt. Die Kraft zwischen Buch und Erde können wir auf zwei verschiedene Arten bestimmen. Die Gewichtskraft des Buches ist die Erdbeschleunigung mal die Masse des Buches.

Und allgemeiner ausgedrückt ist es die Gravitationskonstante mal die Masse der Erde mal die Masse des Buches geteilt durch den Erdradius zum Quadrat.

Wenn wir das gleichstellen, fällt die Masse des Buches aus der Gleichung, weil sie auf beiden Seiten vorkommt. Und die Masse der Erde ist die Erdbeschleunigung mal der Erdradius zum Quadrat geteilt durch die Gravitationskonstante.

Das sind alles bekannte Größen. Der Erdradius war schon in der Antike bekannt und die Gravitationskonstante konnte bereits im 18. Jahrhundert mit der sogenannten Gravitationswaage bestimmt werden. So können wir die Masse der Erde ausrechnen, ohne sie zu wiegen.

Wie kalt wäre es auf der Erde ohne die Sonne?

Würde die Sonne auf einmal nicht mehr scheinen, würde sich die Temperatur auf der Erdoberfläche nach einiger Zeit dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) annähern. Wir dürfen allerdings nicht vergessen, dass die Sonne nicht der einzige heiße Ort im Sonnensystem ist. Im Erdkern ist es etwa genau so heiß wie auf der Sonnenoberfläche (etwa 5000 Grad Celsius). Es wird also noch etwas Wärme durch Vulkanaktivität an die Oberfläche getragen. Auch die Ozeane würden wohl nicht komplett zufrieren. Wenn die Oberfläche zugefroren ist, isoliert das Eis für eine Weile die tieferen Ozeanschichten. Für Leben auf der Erde wäre das alles trotzdem ziemlich bitter. Allein schon weil ohne die Sonne keine Photosynthese funktioniert und Pflanzen ziemlich schnell sterben. Die Nahrungskette wird also direkt an der buchstäblichen Wurzel ausgebremst.

Wie schnell bewegt sich unsere Erde?

Unsere Erde dreht sich nicht nur um sich selbst und um unsere Sonne. Sie reist auch noch mit der Sonne ums Zentrum der Milchstraße.

Am Äquator bewegt sich die Erde mit etwa 1670 Kilometern pro Stunde um die eigene Achse. Um die Sonne düst sie mit 108 000 Kilometern pro Stunde und um das Zentrum der Milchstraße mit 792 000 Kilometern pro Stunde. Diese Geschwindigkeiten müssen allerdings einzeln betrachtet werden und können nicht einfach so aufaddiert werden, weil sie in verschiedene Richtungen erfolgen.

Warum merken wir nicht, dass die Erde sich dreht?

Unsere Erde braucht 24 Stunden, um sich einmal um sich selbst zu drehen. Wir stellen zwar dadurch fest, dass die Sonne nicht immer an der gleichen Stelle am Himmel ist, ansonsten merken wir davon jedoch nichts. Und das liegt daran, dass sich wirklich alles auf der Erde mit dreht. Die Atmosphäre, die Ozeane und auch wir. Weil wir uns mit der Erde drehen, fühlt es sich für uns so an, als würde sie stillstehen. Das ist ein bisschen so, als würden wir im Zug fahren und der Zug bewegt sich sehr gleichförmig, also mit der immergleichen Geschwindigkeit und wackelt auch nicht hin und her. Solange wir nicht aus dem Fenster gucken, könnten wir dann nicht unterscheiden, ob der Zug steht oder fährt, weil wir uns mit dem Zug bewegen. Wir würden lediglich spüren, wenn der Zug beschleunigt oder bremst.

Stimmt es, dass die Erde keine perfekte Kugel ist?

Ja. Der Erdradius am Äquator beträgt 6378,137 Kilometer und an den Polen 6356,752 Kilometer. Die Erde ist also, wenn man so will, ein klein wenig in die Breite gezogen. Das liegt an der Erdrotation und ist vergleichbar mit einem Kettenkarussell, bei dem die Sitze durch Zentrifugalkraft nach außen gezogen werden, wenn es sich dreht. Der Effekt ist so minimal, dass er auf Fotos der Erde aus dem All nicht sichtbar ist. Bei anderen Planeten sieht das schon anders aus. Der Saturn beispielsweise wirkt auf Bildern etwas platt, weil hier der Effekt größer ist. Das liegt daran, dass der Saturn schneller rotiert als die Erde.

Wie entstehen Polarlichter?

Der Sonnenwind sorgt zusammen mit dem Magnetfeld der Erde und der Atmosphäre für die schön anzusehenden Polarlichter. Die Sonne schickt über den Sonnenwind geladene Teilchen durchs Sonnensystem. Wenn die auf die Erde treffen, interagieren sie mit dem Magnetfeld. Einige Teilchen dringen in die Erdatmosphäre ein und ionisieren die Luftmoleküle. Dabei entsteht das Leuchten der Polarlichter. Bei höherer Sonnenaktivität kommt es häufiger zu Polarlichtern. Um sie zu sehen, muss es wolkenfrei und möglichst dunkel sein. Ideal ist es deswegen, bei Neumond Ausschau zu halten, damit der Mond die Nacht nicht zu sehr erleuchtet.

Polarlichter gibt es an beiden Polen. Im Norden heißen sie Aurora Borealis und im Süden Aurora Australis.

Wie funktioniert Plattentektonik?

Die Kontinente der Erde waren nicht immer an den Positionen, die wir heute kennen. Das liegt an der Plattentektonik der Erde. Die oberste Schicht der Erde - genauer gesagt die Erdkruste und der obere Teil des Erdmantels - ist in Kontinentalplatten aufgeteilt, die sich auf dem restlichen Teil des Erdmantels bewegen. Es gibt sieben große Kontinentalplatten: die Nordamerikanische Platte, die Eurasische Platte, die...