Geowissenschaftler erhalten praktisch nur an Vulkanen einen direkten Einblick in das Innere der Erde, indem sie die frische Lava untersuchen. Chemische und mineralogische Untersuchungen des Lavagesteins lassen Rückschlüsse über die Bedingungen im Erdinneren zu, unter denen sich das Magma bildete. Darüber hinaus wurden eine Reihe physikalischer Messmethoden entwickelt, die indirekte Beobachtungen des Erdinneren zulassen. Dazu zählt die Untersuchung des Verhaltens von Erdbebenwellen, die sich je nach Dichte des Gesteins unterschiedlich schnell ausbreiten und geschmolzenes Gestein nur teilweise durchlaufen. Während das Tiefste, von Menschen gebohrte Loch der Erde gerade einmal 12 km hinab reichte, sind so Blicke bis tief in den Erdmantel möglich.
Mit den so gewonnenen Erkenntnissen modellierten Wissenschaftler ein immer komplexeres Bild der Erde, deren grundlegender Schalenbau bereits im frühen 20. Jahrhundert postuliert wurde. Demnach gliedert sich der 12.750 km durchmessende Erdkörper in Erdkern, Erdmantel und Erdkruste. Während letztere unter den Kontinenten maximal 70 km dick wird, bringt es der Erdmantel auf gut 2900 km Mächtigkeit. Im Erdmantel wird es bis zu 2000 Grad Celsius heiß. Früher nahm man an, dass das Gestein, aus dem der Erdmantel besteht, komplett geschmolzen ist. Heute weiß man, dass es sich aufgrund des hohen Druckes im Erdinneren überwiegend plastisch wie Knetgummi verhält. Der Erdmantel gilt als Quelle der meisten Magmen. Im Gegensatz zum Erdmantel, besteht der Erdkern nicht aus silikatischem Gestein, sondern aus einer Nickel-Eisen-Legierung, die im äußeren Erdkern geschmolzen ist und im inneren Bereich fest ist. Dort wird es bis zu 5000 Grad Celsius heiß. Der Erdkern hat eine Mächtigkeit von ca. 3400 km.
Im Erdkern wird auch die Quelle des Magnetfeldes der Erde vermutet: rotierende Strömungen aus flüssigem Eisen fungieren als eine Art Geodynamo. Das Erdmagnetfeld schützt die Erde vor dem Bombardement mit kosmischer Strahlung und dem Sonnenwind. Zudem definiert es die magnetischen Pole der Erde, anhand derer wir uns mit einem Kompass orientieren können.
Konvektion im Erdmantel
Nicht nur im äußeren Erdkern bilden sich Strömungen aus heißem Material. Das plastische Material im Erdmantel ist aufgrund seiner thermischen Schichtung ebenfalls in ständiger Bewegung. Die Temperatur nimmt mit größerer Tiefe zu, wodurch sich Konvektionsströme bilden, in denen heißeres Material aus der Tiefe des Erdmantels aufsteigt, sich abkühlt und wieder nach unten sinkt. Diese Konvektionszellen rotieren gegenläufig, was eine große Auswirkung auf die Erdoberfläche hat. Die Erdkruste schwimmt praktisch auf den plastischen Gesteinen des Erdmantels, in etwa vergleichbar mit Eisbergen, die auf dem Ozean schwimmen. Durch die gegensätzlichen Strömungen im Erdmantel ist die Erdkruste in zahlreiche Platten zerbrochen, die sich langsam, aber stetig in unterschiedliche Richtungen bewegen. Im Laufe der Jahrmillionen zerbersten so Kontinente, Platten stoßen zusammen und vereinigen sich zu neuen Landmassen, Gebirge falten sich auf, Tiefseegräben entstehen, Ozeane werden geboren und vergehen. Viele dieser Prozesse werden von Erdbeben und Vulkanausbrüchen begleitet, denn entlang der Schwächezonen der kontinentalen Grenzen kann Magma besonders gut aufsteigen.Bildquelle: WIKIPEDIA
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