Erde

Die Erde ist unser Heimatplanet und einer der erstaunlichsten Welten im bekannten Universum. Sie ist ein terrestrischer Planet mit einer festen Oberfläche und einer dünnen Atmosphäre. Sie ist der grösste und schwerste der terrestrischen Planeten im Sonnensystem.
Die Erde ist der dritte Planet von der Sonne her gerechnet und die einzige bekannte Welt, auf der Leben existiert. Weiter ist sie die einzige bekannte Welt, die Ozeane aus flüssigem Wasser an ihrer Oberfläche aufweist, sowie die einzige, deren Atmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Die Erde hat als einziger bekannter Planet eine aktive Plattentektonik sowie einen grossen Mond, den Erdmond.

Eine Spezialseite zur Erde mit Fokus auf Geologie / Erdwissenschaften findet sich hier: Terra.planeten.ch

Innerer Aufbau und chemische Zusammensetzung

Der grösste Teil der Masse der Erde befindet sich im Erdkern. Die Kruste, auf der wir leben, macht nur einen ganz dünnen Teil der gesamten Erde aus - sie ist nur 30 bis 100 km (unter den Kontinenten) oder 5 bis 15 km (unter den Ozeanen) dick. Die Kruste ist ein Teil der Lithosphäre, der festen Schale, welche die Erde bis in eine Tiefe von maximal 250 km umgibt. Unterhalb der Lithosphäre folgt bis in eine Tiefe von rund 400 km die Asthenosphäre, die teilweise geschmolzen ist. Dadurch lässt sie sich verformen und erlaubt die Bewegung der Erdplatten. Die Asthenosphäre ist bereits ein Teil des Mantels, der seinerseits bis in eine Tiefe von rund 2980 km reicht. Dort beginnt der Erdkern, der zum grössten Teil aus den Elementen Eisen und Nickel besteht. Der Erdkern selbst lässt sich noch in einen (festen) Inneren und einen (flüssigen) Äusseren Erdkern aufteilen. Die Interaktion zwischen dem Inneren und dem Äusseren Kern erzeugt das Erdmagnetfeld.
Die Erde besteht zum grössten Teil aus den Elementen Eisen (+Nickel), Sauerstoff, Silizium, Magnesium und Aluminium. Die restlichen Elemente machen nur kleine Anteile aus.

Oberfläche und Atmosphäre

Die Erde verfügt über eine sehr dünne Atmosphaere. Diese besteht aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 0.9% Argon, und Total 0.1% weiteren Gasen, darunter Kohlendioxid (0.038%), Methan und Wasserdampf in unterschiedlichen Konzentrationen. Der Sauerstoff der Erdatmosphäre entsteht durch die Photosynthese der Pflanzen - sie wandeln mit der Energie des Sonnenlichts CO2 in Sauerstoff (O2) um, um Kohlenstoff (C) für den Aufbau des Pflanzenkörpers zu gewinnen. Andere Lebewesen verbrauchen diesen Sauerstoff wieder über die Atmung. Lebewesen spielen also eine wichtige Rolle für die Erdatmosphäre und, weil die Erdatmosphäre ihrerseits die Geologie beeinflusst, eine wichtige Rolle auch für die gesamte Erde und ihre geologischen Prozesse. Die Oberfläche der Erde wird von verschiedenen Kreislaufprozessen geprägt: der Wasserkreislauf, der über Ozeane und Atmosphäre zur Verwitterung beiträgt, der Kohlenstoffkreislauf, der über Vulkane, Pflanzen und den Ozean das Klima auf der Erde steuert. Die Oberfläche der Erde wird zu 71% von Wasser bedeckt. Von den restlichen 29% sind wiederum 19% von ewigem Eis, heissen Wüsten oder hohen Bergketten bedeckt - nur rund 10% der Erdoberfläche sind für den Menschen wirklich bewohbar (und fruchtbar).
Die mittlere Oberflächentemperatur der Erde beträgt rund 15° C. Dies ist vor allem dem natürlichen Treibhauseffekt zu verdanken: die Treibhausgase Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan erhöhen die Durchschnittstemperatur (auch ohne jeden menschlichen Einfluss) um 33°C. Das heisst, ohne Treibhauseffekt wäre es auf der Erde -18° C kalt. Durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen fügt der Mensch der Atmosphäre zusätzliche Treibhausgase zu, was dazu führt, dass mehr Sonnenenergie zurück gehalten wird und das Klima der Erde aufgeheizt wird.
Das Klima der Erde hat in der Erdgeschichte immer wieder starke Schwankungen gezeigt. Während praktisch des ganzen Mesozoikums waren die Temperaturen hoch und die Bedingungen weltweit (auch an den Polen) tropisch. Seit dem Zufrieren der Antarktis und der Hebung des Himalayas befindet sich die Erde aber in der Eiszeit, die sich in geologischer Zukunft mit der Aufstauung eines gewaltigen Gebirges zwischen Europa und Afrika nur noch intensivieren wird.
Das Klimasystem wird durch zahlreiche Rückkopplungsmechanismen gestützt, die eine allzu rasche Entwicklung in eine Richtung bremsen. So führt zum Beispiel die Aufheizung der Erde zur vermehrten Bildung von Wolken, die ihrerseits aber mit ihrer hellen Oberseite wieder einen Teil des Sonnenlichts reflektieren und so die Erde kühlen. Mit der Zunahme der Energie in der Atmosphaere in Folge des menschlichen Treibhauseffekts ist mit einer Zunahme der Stürme und hefitgen Niederschläge, sowohl in Häufigkeit als auch in Intensität, zu rechnen.

Geologie

Die Erde ist eine geologisch äusserst aktive Welt. Im Gegensatz zu kleineren Planeten und Monden wie Mars, Merkur oder dem Erdmond hat sie eine grosse innere Wärme bewahrt. Diese wird einerseits vom konstanten Zerfall von Radionukliden wie Kalium-40, Uran-238 und Thorium-232 aufrecht erhalten, anderseits stammt sie aus der Bildungszeit des Sonnensystems. Ein Teil der Wärme stammt von der letzten grossen Kollision mit einem Planetesimal namens Theia, dessen gewaltiger Einschlag auf der Erde vor 4.53 Milliarden Jahren zur Bildung des Erdmondes führte. Diese Wärme wird im Mantel über Konvektionszellen abgebaut, die Wärme aus dem heissen Kern (ca. 6000 K) nach Aussen transportieren. Vermutlich gibt es nur vier grosse Konvektionszellen: Heisses Material steigt unter dem Pazifik und unter Afrika auf, strömt dort zur Seite ab und sinkt in Ostasien und unter dem Amerikanischen Doppelkontinent ab. Dies lässt sich unter anderem dadurch zeigen, dass es über den Aufsteiggebieten eine Menge "Hot Spots" gibt, also Vulkane, die von Mantelplumes gebildet werden. Das seitlich abströmende Material erklärt auch den Ostafrikanischen Grabenbruch.
Auffallend auf der Erde ist die ausgesprochene Zweiteilung ("Bimodalität") der Erdoberfläche, was die Höhe angeht. So gibt es sehr viele Terrains, die ungefähr 4000 Meter unter dem Meeresspiegel liegen, und sehr viele Terrains, die etwa 1000 Meter darüber liegen - die Terrains auf den Höhen dazwischen machen nur einen kleinen Anteil aus. Die Kontinente der Erde sind nicht nur, was die Höhe über dem mittleren Niveau angeht verschieden, sondern auch von ihrer chemischen Zusammensetzung. Sie sind "saurer" (enthalten mehr Kieselsäure) als der Ozeanboden, der eher basaltischer Zusammensetzung ist.
Für die Geologie der Erde zentral ist die Plattentektonik. Die Oberfläche der Erde ist in gut 20 Platten unterteilt (wobei hier angemerkt werden muss, dass es sich bei diesen Platten nicht um starre, integrierte Objekte handelt, sondern vielmehr eine mehr oder weniger lockere Ansammlung von Gesteinspaketen, die sich miteinander bewegen). Einige der Platten tragen einen Kontinent auf sich, andere (wie die Pazifische Platte) nicht. Es gibt konstruktive und destruktive und konservative Plattengrenzen. Das Absinken von Platten an destruktiven Plattengrenzen sorgt für einen Sog, der die ganze restliche Platte hinter sich her zieht - und an der konstruktiven Plattengrenze für einen steten Nachfluss von Material aus dem Mantel sorgt, das dann vor Ort kristallisiert und an die sich fortbewegende Platte angebaut wird. Dabei entsteht eine beeindruckende Bergkette entlang der konstruktiven Plattengrenze: Diese "Mittelozeanischen Rücken" bilden die grössten Gebirge der Erde.
Die Oberfläche der Kontinente wurde im Verlauf der Jahrmilliarden stetig vergrössert. Vor 3.5 Milliarden Jahren war die Erde noch zu rund 95% mit Wasser bedeckt. Die sogenannten Kratone oder Kontinentkerne bilden mit Altern von mehreren Milliarden Jahren die ältesten bekannten Krustenteile der Erde.

Geschichte und Zukunft

Die Erde entstand wie alle anderen Planeten des Sonnensystems vor rund 4567 Millionen Jahren. Vor rund 4.2 Milliarden Jahren erstarrten vermutlich die ersten Gesteine an der Erdoberfläche (zuvor war die Erde vermutlich von einem Magmaozean bedeckt. Das erste Leben trat vor rund 3.8 Milliarden Jahre auf, kurz nachdem das Schwere Bombardement von Asteroiden und Meteoriten, das die ersten 700 Millionen Jahre der Erde prägte, nachgelassen hatte. Zu dieser Zeit ist die Erde vermutlich vollständig von Wasser bedeckt und hat eine dichte, giftige Atmosphäre von 50 bar Druck, die aus Kohlendioxid (CO2) und etwas Methan bestand - dieses verlieh der Erde dieser Zeit eine orange-braune Farbe, ähnlich wie der Saturnmond Titan heute.
Vor rund 2.5 Milliarden Jahren entwickelten sich die ersten modernen Zellen (Eukaryoten). Zu dieser Zeit war die Erdoberfläche noch in unzählige kleine Platten aufgeteilt, die sich schnell bewegten und auch schnell wieder in die Erde abtauchten. Dabei spiesen sie Vulkane, welche nach Jahrmillionen die ersten Kontinente hervorbrachten. Langsam verschwand die dichte Atmosphäre: Das CO2 wurde zunehmend in Karbonaten gebunden, vor rund 1 Milliarde Jahre wies die Atmosphäre bereits rund 5% Sauerstoff und kein Methan mehr auf. Aus der Zeit zwischen 2.5 Milliarden und 570 Millionen Jahren sind mindestens drei Superkontinente bekannt, darunter auch der letzte, der bis vor rund 180 Millionen Jahren existierte und Pangäa genannt wird.
Die ersten Lebewesen, die aus mehr als einer Zelle bestanden, tauchten vor rund 700 Millionen Jahren auf. In der Zeit vor 570 Millionen Jahren breitete sich das Leben explosionsartig erst im Meer, später dann (vor rund 400 Millionen Jahren) auch an Land aus. Vor rund 250 Millionen Jahren tauchten die ersten Dinosaurier auf, und Pangäa bildete sich, brach dann während der Dinosaurierzeit wieder auseinander. Die Dinosaurier starben vor rund 65 Millionen Jahren nach verhehrenden Vulkanausbrüchen und einem gleichzeitigen Asteroidenimpakt aus. Vor rund 20 Millionen Jahren änderte sich das Klima, und die Antarktis begann zuzufrieren. Vor 2.5 Millionen Jahren dann rutschte die Welt endgültig ins Eiszeitalter, aus dem sie zwischendurch immer wieder für wenige 10 000 Jahre auftauchte - wie auch heute.
Das Leben auf der Erde hat, gemessen an geologischen Zeiträumen, nicht mehr lange zu leben: in etwa 100 bis 200 Millionen Jahren wird die zunehmende Sonnenaktivität die Erdoberfläche so stark aufgeheizt haben, dass das höhere Leben aussterben wird. Stetig sinkende Kohlendioxidwerte führen schliesslich zum Aussterben der Landpflanzen, und damit auch zum Aussterben der Tiere an Land. Nur im Meer wird sich das Leben noch einige Jahrmillionen halten können - danach beginnt der Ozean zu verdampfen, was den Treibhauseffekt verstärkt (Wasserdampf ist ein starkes Treibhausgas). Dieser Prozess steigert sich so lange, bis alle Ozeane verdampft sind und die Atmosphäre sich in ein Supertreibhaus, ähnlich wie auf der Venus verwandelt hat. Mit dem Ende der Ozeane kommt auch das Ende der Plattentektonik - sie wird durch episodische Riesenvulkanausbrüche ersetzt. Bereits in etwa 1 Milliarde Jahre wird die Erde nicht mehr von der Venus von heute zu unterscheiden sein. Die Aktivität der Sonne wird stetig zunehmen, dabei werden sich ihre äusseren Hüllen gewaltig aufblähen. Der von ihr ausgehende Sonnenwind wird sich verstärken. Durch die Reibung der Erde mit der sich ausdehnenden Sonnenatmosphäre wird zunächst der Mond auf seiner Umlaufbahn gebremst und kehrt schliesslich auf einer Spiralbahn zur Erde zurück. Der Impakt des Mondes in etwa 6 Milliarden Jahren wird alle noch verbliebenen Spuren des längst verschwundenen Lebens tilgen. Auch die Bahn der Erde wird sich durch die Reibung mit der Sonnenatmosphäre verkleinern, sie wird sich also auf die Sonne zubewegen. In etwa 7.6 Milliarden Jahren wird schliesslich die wachsende Sonne die Erde (vermutlich) verschlingen. Die Erde stürzt in den Kern der Sonne und wird dort, wie schon zuvor Merkur und Venus, vollständig zerstört.