Schalenbau

Schalenbau der Erde:
Durch die Erschütterungen bei Bohrungen, Sprengungen und Vulkanismus werden tiefer liegende Erdschichten in Schwingung gebracht. Durch seismische Messungen können aufgrund der Geschwindigkeit der Wellen, die sich in diesen Schichten fortpflanzen können Rückschlüsse auf die Dichte der Schichten gezogen werden und darüber, ob sie sich in flüssigem oder festem Zustand befinden. Die Messwerte bestimmter Tiefenschichten deuten durch sprunghafte Unterschiede auf verschiedenene Zusammensetzung und Phasenzustand in gewissen Bereichen des Erdinnern. Die Wichtigsten dieser sogenannten Diskonuitäten führten zur Unterteilung der Erde in Erdkruste, Erdmantel und Erdkern.

Die Erdkruste

Die Erdkruste reicht bis ca. 35 km tief in die Erde. Die erste Diskonuität findet man bereits in der Erdkruste zwischen einer Granitschicht und einer darunterliegenden Basaltschicht. Aus diesen vor Schichten vor 4000 Millionen Jahren entstandenen Gesteine bestanden die ersten aus erkalteter Lava entstandenen Kontinentalplatten, Urkratone oder auch präkambrische Schilde genannt,. Auf diesen Schichten liegen die Sedimente von Jahrmillionen. Andererseits ist der obere Teil der Erdkruste ist von magmatischen, siliziumreichen Gesteinen durchsetzt, die von späterer vulkanischer Aktivität stammen. Innerhalb der Erdkruste kommt es aufgrund von Druck und Temperaturerhöhung hauopsächlich im Rahmen von plattentektonischen Vorgängen zu Aufschmelzungen von Gestein, das an der Oberfläche austreten kann. Also nicht jede an der Erdoberfläche ausfließende Lava stammt aus dem flüssigen Bereich des Erdmantels. Entsprechend unterscheidet sich auch ihre chemische Zusammensetzung von der aus dem Erdmantel stammenden Lava.

Der Erdmantel

Eine weitere Diskontinuität markiert die Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel in 35km Tiefe. Der zähflüssige Erdmantel reicht bis in eine Tiefe von 2800km und besteht aus einer dunklen basischen Schmelze, mit dem Mineralen wie Olivin und Pyroxene. Die genaue chemische Zusammensetzung ist umstritten. Er ist durch rotierende Strömungen, sogenannte Konvektionsströmungen in ständiger Bewegung .Der Anteil basischer Bestandteile (Basizität ist die Eigenschaft von Minerale in wässriger Lösung Laugen zu bilden) , nimmt innerhalb des Erdmantel zum Erdinneren hin zu. Der Erdmantel ist durch eine Übergangszone ungenauer Zusammensetzung im Bereich von ca.400 – 1000 km Tiefe unterbrochen. An tektonischen Plattengrenzen und Bruchzonen kann Magma aus dem flüssigen Erdmantel durch Ritzen und Spalten bis an die Oberfläche der Erdkruste hervordringen als Lava austreten und Ergußgesteine bilden.

Die wichtigsten Bestandteile der Erdkruste

Das häufigste Element in der Erdkruste ist der Sauerstoff, der hier nur an andere Atome gebunden vorkommt. (Das reine Element würde ja als Gas (O2) ohnehin in die Atmosphäre entweichen). Dieser gebundene Sauerstoff stellt etwa die Hälfte des Gewichtsanteils an der Erdkruste. Er findet sich in zahlreichen Mineralien und Gesteinen wieder. An zweiter Stelle folgt das Element Silizium mit einem Anteil von etwa einem Viertel an Masse der Erdkruste. Diese beiden Elemente verbinden sich zum häufigsten Mineral der Erdkruste, zum Siliziumdioxid (SiO2). In reiner Form auch Quarz, Bergkristall oder Kieselsäure genannt. Der häuftg verwendete Begriff Kieselsäure ist ist genau genommen nicht ganz richtig und klingt zunächst verwirrend, da es sich bei Quarz ja nicht um eine ätzende Flüssigkeit handelt. Eigentlich entsteht die echte Kieselsäure, chemisch gesehen H4SiO4 , erst durch Lösung von Quarz in Wasser. Der Begriff Kieselsäure ist jedoch gut eingebürgert und damit durchaus legitim. Man darf sich unter Kieselsäure natürlich keine stark ätzende Flüssigkeit vorstellen wie Salzsäure oder Schwefelsäure. Sie ist eine sehr schwache Säure, die auch in Mineralwasser vorhanden ist. Reiner Quarz ist zunächst in granitischen und aus diesen umgewandelten Gesteinen, wie Sandsteinen, sehr häufig. Auch Gehäuse gesteinsbildender Organismen wie Strahlentierchen (Radiolarien), einiger Schwämme und KieselAlgen (Diatomeen) sind aus Kieselsäure aufgebaut, und nehmen an der Sedimentbildung der Erdkruste großen Anteil. Das letzte Viertel der Masse der Erdkruste teilen sich die Metalle Aluminium (ca.8%), Eisen (ca. 5%), Calcium (ca. 3%), Natrium (ca. 3%), Kalium (ca. 3%) und Magnesium (ca. 2%). Für alle noch übrigen Elemente verbleibt lediglich noch ein Massenanteil von 1% an der Erdkruste.

Der Erdkern

Die sogenannte Gutenberg- Wiechert-Diskontinuität markiert die Grenze zum Erdkern . Nur der äußere Kernbereich ist bis zu einer Tiefe von ca. 5000 km flüssig , darauf folgt der innere feste Kernbereich bis zum Mittelpunkt der Erde in einer Tiefe von 6370km. Früher wurde angenommen, dass der Erdkern fast ausschließlich aus Eisen und Nickel besteht. Durch die Verfeinerung der modernen Messtechnik werden heute Werte für die Dichte des Erdkerns gemessen, die auf die Anwesenheit auch von leichteren Elementen schließen lassen.