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Erdbeben

Erdbeben

Als Erdbeben wird die Erschütterung der Erde bezeichnet. Dies ist die Folge eines plötzlichen, meist nur wenige Sekunden andauernden Bruches des die Erdkruste aufbauenden Gesteins und der dadurch freigesetzten Energie, die sich in Form von seismischen Wellen durch die Erde ausbreitet. Der Ort des Bruches wird auch Erdbebenherd genannt und dessen Position in der Tiefe als Hypozentrum bezeichnet. Die zur Darstellung in Landkarten verwendete Projektion des Herdes auf die Erdoberfläche wird Epizentrum genannt. Nach internationaler Übereinkunft wird dabei der Beginn des Bruches angegeben, welcher sich aber über mehrere Kilometer erstrecken kann und in seiner Gesamtheit als Herdfläche bezeichnet wird. Unterseeische Erdbeben werden fälschlicherweise auch als Seebeben bezeichnet. Die Wissenschaft, die sich mit Erdbeben befasst, heißt Seismologie. Erdbeben sind Naturereignisse, aber wenn dabei jemand zu Schaden kommt nennt man sie Naturkatastrophen. Seismologie

Entstehung von Erdbeben

Erdbeben entstehen durch dynamische Prozesse der Erde. Eine Folge davon ist die Plattentektonik, also die Bewegung der Lithosphärenplatten, welche die Erdkruste und den obersten Erdmantel umfassen. Insbesondere an den Plattengrenzen, wo sich verschiedene Platten auseinander (Spreizungszone), aufeinander zu (Kollisionszone) oder aneinander vorbei (Transformverwerfung) bewegen, kommt es zum Aufbau gewaltiger Spannungen innerhalb des Gesteins, wenn sich die Platten in ihrer Bewegung verhaken und verkanten. Wird die Scherfestigkeit der Gesteine überschritten, entladen sich dann plötzlich diese Spannungen durch ruckartige Bewegungen der Erdkruste (tektonische Beben). Die dabei freigesetzte Energie kann die einer Wasserstoffbombe um das Hundertfache übertreffen. Da die aufgebaute Spannung nicht auf die unmittelbare Nähe der Plattengrenze beschränkt ist, kann der Entlastungsbruch in seltenen Fällen auch im Inneren der Platte auftreten, wenn das Krustengestein eine Schwächezone aufweist. Erdbeben können ferner z.B. durch den Aufstieg von Magma unterhalb von Vulkanen ausgelöst werden oder auch durch Förderung von z.B. Erdgas, da die Druckveränderung wiederum auch die Spannungsverhältnisse im Gestein beeinflusst. Weiter können Erdbeben auch durch einstürzende unterirdische Hohlräume im Bergbau entstehen (Gebirgsschlag). Sowohl vulkanische Beben als auch Gebirgsschläge sind jedoch von der Energiefreisetzung weitaus limitierter als tektonische Beben. Eine Voraussetzung für das Auftreten von Erdbeben ist das Vorhandensein spröden, bruchfähigen Gesteins. Die Temperatur nimmt im Erdinneren jedoch stetig zu, wodurch das Gestein mit zunehmender Tiefe immer weniger spröde reagiert und schließlich deformierbar wird. Erdbeben sind daher meist auf die obere Schicht der Erdkruste beschränkt. Manchmal lassen sich Beben bis in Tiefen von bis zu 700 km lokalisieren. Dieser scheinbare Widerspruch geht auf die Subduktion von Lithosphärenplatten zurück: Kollidieren zwei Platten, wird die dichtere der beiden unter die leichtere gedrückt und taucht in den Erdmantel ab. Da die Erwärmung des Gesteins der abtauchenden Platte (auch als Slab bezeichnet) wesentlich langsamer voranschreitet als deren Abwärtsbewegung , kann das Krustenmaterial bis in oben genannte Tiefen bruchfähig bleiben. Die Hypozentren innerhalb der abtauchenden Platte erlauben somit Rückschlüsse auf die Position des Slab in der Tiefe (sogenannte Benioff-Zone). Erdbeben erzeugen verschiedene Typen von Erdbebenwellen, die sich durch die ganze Erde ausbreiten und von Seismographen (bzw. Seismometern) überall auf der Erde aufgezeichnet werden können. Die mit starken Erdbeben einhergehenden Zerstörungen (z.B. Gebäudeschäden, Spaltenbildung) an der Erdoberfläche sind auf die sogenannten Oberflächenwellen zurückzuführen, die eine elliptische Bodenbewegung auslösen. Durch Auswertung der Stärke und Laufzeiten von Erdbebenwellen kann nicht nur die Position des Erdbebenherdes bestimmt werden, sondern es werden auch Erkenntnisse über das Erdinnere gewonnen. Die Positionsbestimmung unterliegt als Messung an Wellen der gleichen Unschärfe, die aus Wellenphänomenen in anderen Bereichen der Physik bekannt sind. Im Allgemeinen nimmt die Unschärfe der Ortsbestimmung mit zunehmender Wellenlänge zu, das bedeutet: Eine Quelle von langperiodischen Wellen kann nicht so genau lokalisiert werden wie eine Quelle von kurzperiodischen Wellen. Da schwere Erdbeben den größten Teil ihrer Energie im langperiodischen Bereich entwickeln, kann besonders die Tiefe der Quelle nicht genau bestimmt werden. Die Seismogramme sind Aufzeichnungen der Erdbebenwellen. Seismogramm (1) Atombombenexplosion auf Mururoa, 5.9.1995, Magnitude 4,8, Seismogramm (2) Starkes Erdbeben bei den Nikobaren, 24.7.2005, Magnitude 7,3, Seismogramm (3) Erdbeben indischer Ozean ("Tsunami-Erdbeben"), 26.12.2004, Magnitude 9,3. Die oben gezeigten Seismogramme sollen einen visuellen Eindruck unterschiedlicher Erdbeben - Magnituden vermitteln und wurden nicht nach wissenschaftlichen Aspekten ausgewählt. Durch unterseeische Erdbeben, bei der Eruption ozeanischer Vulkane oder durch unterseeische Erdrutsche können so genannte Tsunamis ausgelöst werden: Durch die plötzliche vertikale Verlagerung großer Teile des Ozeanbodens entstehen Wellen, die sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 800 Kilometer pro Stunde fortbewegen. Auf dem offenen Meer sind Tsunamis kaum wahrnehmbar, gelangt die Welle jedoch in flacheres Wasser, kann sich der Wellenberg auf bis zu 100 Meter Höhe erheben. Am häufigsten entstehen Tsunamis im Pazifik. Deshalb besitzen die an den Pazifik angrenzenden Staaten ein Tsunami-Frühwarnsystem.

Historisches

Schon in der Antike fragten sich Menschen, wie Erdbeben und Vulkanausbrüche entstehen. Man schrieb diese Ereignisse häufig Göttern zu (in der griechischen Mythologie dem Poseidon). Manche Wissenschaftler im alten Griechenland glaubten, die Kontinente schwämmen auf Wasser und schaukelten wie ein Schiff hin und her. Andere Leute glaubten, Erdbeben brächen aus Höhlen aus. In Japan gab es den Mythos von einem Drachen, der den Erdboden erzittern ließ und auch noch Feuer spie, wenn er wütend war. Im europäischen Mittelalter schrieb man Naturkatastrophen dem Wirken Gottes zu. Mit der Entdeckung und Erforschung des Magnetismus entstand die Theorie, man könne Erdbeben wie Blitze ableiten. Man empfahl daher Erdbebenableiter nach Art der ersten Blitzableiter. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts kam die heute allgemein anerkannte Theorie von der Plattentektonik und der Kontinentaldrift durch Alfred Wegener auf, dessen Erklärungsmuster zunächst jahrzehntelang nicht anerkannt wurden.

Bestimmung der Erdbebenstärke

Die Erdbebenstärke wird anhand der makroseismischen Intensitätsskala EMS-98 und der Europäischen Makroseismischen Skala (Grünthal, 1998) bestimmt. Die folgende Darstellung ist verkürzt:
- I: Nicht fühlbar
- II: Kaum bemerkbar, nur sehr vereinzelt von ruhenden Personen wahrgenommen.
- III: Schwach, von wenigen Personen in Gebäuden wahrgenommen. Ruhende Personen fühlen ein leichtes Schwingen oder Erschüttern.
- IV: Deutlich, im Freien vereinzelt, in Gebäuden von vielen Personen wahrgenommen. Einige Schlafende erwachen. Geschirr und Fenster klirren, Türen klappern.
- V Stark, im Freien von wenigen, in Gebäuden von den meisten Personen wahrgenommen. Viele Schlafende erwachen. Wenige werden verängstigt. Gebäude werden insgesamt erschüttert. Hängende Gegenstände pendeln stark, kleine Gegenstände werden verschoben. Türen und Fenster schlagen auf oder zu.
- VI: Leichte Gebäudeschäden, viele Personen erschrecken und flüchten ins Freie. Einige Gegenstände fallen um. An vielen Häusern, vornehmlich in schlechterem Zustand, entstehen leichte Schäden wie feine Mauerrisse und das Abfallen von z. B. kleinen Verputzteilen.
- VII: Gebäudeschäden, die meisten Personen erschrecken und flüchten ins Freie. Möbel werden verschoben. Gegenstände fallen in großen Mengen aus Regalen. An vielen Häusern solider Bauart treten mäßige Schäden auf (kleine Mauerrisse, Abfall von Putz, Herabfallen von Schornsteinteilen). Vornehmlich Gebäude in schlechterem Zustand zeigen größere Mauerrisse und Einsturz von Zwischenwänden.
- VIII: Schwere Gebäudeschäden, viele Personen verlieren das Gleichgewicht. An vielen Gebäuden einfacher Bausubstanz treten schwere Schäden auf; d.h. Giebelteile und Dachgesimse stürzen ein. Einige Gebäude sehr einfacher Bauart stürzen ein.
- IX Zerstörend, allgemeine Panik unter den Betroffenen. Sogar gut gebaute gewöhnliche Bauten zeigen sehr schwere Schäden und teilweisen Einsturz tragender Bauteile. Viele schwächere Bauten stürzen ein.
- X: Sehr zerstörend, viele gut gebaute Häuser werden zerstört oder erleiden schwere Beschädigungen.
- XI: Verwüstend, die meisten Bauwerke, selbst einige mit gutem erdbebengerechtem Konstruktionsentwurf und -ausführung, werden zerstört.
- XII: Vollständige Verwüstung, kein von Menschenhand geschaffenes Bauwerk hält stand.

Standortabhängige Erdbebenstärke (Intensitäten)

Die erste international benutzte Skala zur Erfassung und Einschätzung von Erdbeben war die Mercalliskala. Sie beruht vor allem auf der subjektiven Einschätzung der Erdbebenstärke und auf Beobachtungen. Diese Beobachtungen schließen die Auswirkungen von Erdbeben auf Natur und Bauwerke ein. (Makroseismik). Da es damals noch keine Geräte zur Messung der Erdbebenstärke gab, war die Einteilung in verschiedene Schweregrade entsprechend subjektiv und ungenau. Später wurden die ersten Intensitätsskalen zur MSK-Skala und zur [http://www.gfz-potsdam.de/pb5/pb53/projekt/ems/kurz.htm EMS-98] Skala weiterentwickelt. Zur Kennzeichnung der Stärke von Erdbeben dienen Skalen, von denen zum Beispiel die von Mercalli und Sieberg 12 Stufen angibt (Mercalliskala), darunter:
- Unmerklich: nur von Seismographen registriert
- Leicht: von wenigen Personen bemerkt
- Mäßig: leichte Bewegung von Möbeln, Klirren von Gläsern und Fenstern
- Stark: von allen mit Schrecken wahrgenommen, leichte Risse in Bauwerken
- Zerstörend: Schornsteine fallen ein, schwere Mauerrisse, Bodenrisse
- Große Katastrophe: Kein Werk von Menschenhand hält stand, große Veränderungen der Erdoberfläche Die Mercalliskala wurde später zur MSK-Skala weiterentwickelt und verfeinert. Heute wird die Stärke von Erdbeben von Seismometern erfasst und mittels der Richterskala angegeben.

Standortunabhängige Erdbebenstärke (Magnituden)

Durch die Entwicklung von Seismographen konnten Erdbeben auch gemessen werden. Die Erdbebenstärke wird im allgemeinen mit der von Francis Richter eingeführten Richterskala angegeben (Lokalbeben Magnituden). Aufgrund der Ausbreitungseigenschaften von Erdbebenwellen gibt es heute eine ganze Reihe von Magnitudenskalen (Momentenmagnitude, Oberflächenwellenmagnitude) die auch ab und zu zu Verwechslungen führen können. Wegen der unterschiedlichen Methoden, mit denen diese verschiedenen Magnituden berechnet werden, sind teilweise erhebliche Diskrepanzen insbesondere bei automatisierter Berechnung unvermeidlich.

Erdbebenstärke über physikalische Größen

Bei größeren Erdbeben wird teilweise auch die freigesetzte Energie oder der Versatz an der Erdoberfläche angegeben.

Vorhersage

Richterskala Die zeitlich und räumlich exakte Vorhersage von Erdbeben ist nach dem heutigen Stand der Wissenschaft nicht möglich. Die zu Grunde liegenden Prozesse des Spannungsaufbaus bis hin zum Entlastungsbruch des Gesteins werden von einer großen Zahl von physikalischen Parametern gesteuert. Die verschiedenen bestimmenden Faktoren sind qualitativ weitestgehend verstanden. Auf Grund des komplexen Zusammenspiels aber ist eine genaue Quantifizierung der Herdprozesse bislang nicht möglich, so dass üblicherweise nur Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten eines Erdbebens in deiner bestimmten Region genannt werden können. Allerdings sind eine Reihe von Effekten bekannt, die oft im Vorfeld von Erdbebenereignissen beobachtet werden können und als Vorläuferphänomene bezeichnet werden. Einige davon äußern sich in der Veränderung geophysikalisch messbarer Größen, wie z.B. der seismischen Geschwindkeit, der Neigung des Erdbodens oder die elektromagnetischen Eigenschaften des Gesteins. Andere Phänomene basieren auf statistischen Beobachtungen, wie etwa das Konzept der seismische Ruhe, wo in einer potentiell gefährdeten Region über einen längeren Zeitraum die seismische Hintergrundaktivität, also das stetige Auftreten kleinerer Beben, abnimmt und auf ein bevorstehendes größeres Ereignis hindeutet. Sowohl messbare als auch statistisch erfasste Vorläuferphänomene variieren jeweils sehr stark in ihrem zeitlichen Verlauf (bis hin zu Jahren) wie auch in ihrer Größenordnung. In vielen Fällen bleiben einzelne oder mehrere dieser Effekte auch ganz aus. Zudem wäre der instrumentelle Aufwand, der für eine lückenlose Erfassung dieser Phämone erforderlich wäre, nicht realisierbar, so dass die Möglichkeit einer exakten Vorhersage von Erdbeben für die nächste Zukunft nicht zu erwarten ist. Wiederholt wurde auch von ungewöhnlichem Verhalten bei Tieren kurz vor größeren Erdbeben wie auch bei Tsunamis berichtet. So konnte im Februar 1975 in der Volksrepublik China ein drohendes Erdbeben durch die Sensibilisierung der Bevölkerung in Bezug auf ungewöhnliches Verhalten der Tiere vorab erkannt werden. Allerdings zeigten sich z.B. beim Tangshan-Beben vom 27. Juli 1976, bei dem es mehrere hundertausend Tote gab, im Vorfeld keinerlei Anzeichen von Verhaltensänderungen bei Tieren. Gelegentliche Berichte von erfolgreichen Vorhersagen zeigen vor dem Hintergrund der Häufigkeit von Beben in der betreffenden Region in der Regel kaum statistische Signifikanz. So wurde z.B. von einem japanischen Wissenschaftler auf Grund eines elektromagnetischen Vorläuferphänomens für den Zeitraum 14. bis 19. September 2003 ein Erdbeben der Stärke 7 in Tokio vorhergesagt. Zwar trat am 20. September 2003 tatsächlich ein Erdbeben in Tokio auf, jedoch war die Magnitude um etwa 1,5 Größenklassen niedriger, was weniger als einem Hunderstel der vorhergesagten Energiefreisetzung entspricht. Ein weitaus stärkeres Beben (Magnitude 8), mit zwei starken Nachbeben (Mag. 5,8 und 7) ereignete sich eine Woche später, am 26. September, das Epizentrum lag jedoch in einiger Entfernung, ungefähr 80 km südöstlich vor der Küste der Hauptinsel Hokkaidō.

Bekannte Erdbeben


- 464 v. Chr., Erdbeben bei Sparta, 20.000 Tote
- 1290, 27. September, Erdbeben in Chihli (Provinz Hopeh, Volksrepublik China), 100.000 Tote
- 1356, 18. Oktober, Basler Erdbeben, das bis heute schwerste Erdbeben Mitteleuropas
- 1456, 5. Dezember, Erdbeben zerstört Neapel, 30.000 bis 40.000 Tote
- 1556, 23. Januar (Stärke 8,0) Das Erdbeben in der Provinz Shaanxi (Shensi) in China, bei dem etwa 830.000 Menschen den Tod fanden, war eine der größten Naturkatastrophen in der Geschichte der Menschheit.
- 1575, 16. Dezember, sehr schweres Erdbeben vor Valdivia, Chile
- 1746, 28. Oktober, Erdbeben der Stärke 8,4 im Gebiet Limas in Peru, 600.000 Tote
- 1755, 1. November, (Stärke 8,7) Erdbeben in Lissabon, ca. 60.000 Tote, schwerstes Beben der Geschichte, Tsunami
- 1756, 18. Februar, Erdbeben im Rheinland mit Epizentrum bei Düren, stärkstes bekanntes Erdbeben in Deutschland. Seine Stärke wird anhand der Schadensberichte auf bis zu VIII nach Mercalli geschätzt. Geologische Untersuchungen deuten auf 6,2 nach Richter hin. Damit wäre das Beben immerhin doppelt so stark wie das vom 13. April 1992 bei Roermond gewesen. Abwegig ist die verbreitete Angabe von "8,0 nach Richter", die leider im Internet immer wieder gerne abgeschrieben wird und nichts mit der Realität zu tun hat.
- 1811, 16. Dezember und 1812, 23. Januar und am 7. Februar, drei folgenreiche Erdbeben in den USA bei New Madrid, Missouri (bekannt als New Madrid Earthquake). Die Erdbeben veränderten den Lauf des Mississippi, ließen den Ohio zeitweise rückwärts fließen, schufen neue Seen (beispielsweise den Reelfoot Lake, Tennessee), führten zu starken geologischen Veränderungen zwischen St. Louis und Memphis (Tennessee), verdunkelten die Sonne wochenlang und waren so stark, dass selbst die Glocken in der 1600 Kilometer entfernten Stadt Boston, Massachusetts, von selbst zu läuten anfingen. Ursache war die [http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/a/ad/NMSZBig.gif New Madrid Seismic Zone].
- 16. August 1868, ein Erdbeben vor Arica, Chile mit einem 27 Meter hohen Tsunami. 25000 Tote
- 15. Juni 1896, ein Erdbeben vor der Saraiko-Küste in Japan löste einen 23 Meter hohen Tsunami aus, die Flutwelle überraschte Japan während religiöser Feierlichkeiten, mehrere Dörfer wurden zerstört, es gab 26000 Tote.
- 1906, 18. April, (Stärke 7,8) Erdbeben in San Francisco, Kalifornien, USA ca. 3000Tote u. 250.000 Obdachlose durch Großfeuer.
- 1906, 17. August, Erdbeben in Valparaiso, Chile etwa 20000 Tote.
- 1908, 28. Dezember, (Stärke 7,5) Erdbeben zerstört Messina (Sizilien) und Reggio Calabria (Festland), Italien, ca. 84000 Tote (70000 in Messina, 15000 in Reggio Calabria).
- 1923, 1. September, (Stärke 8,3) großes Kanto-Erdbeben in Japan, ca. 143.000 Tote
- 1927, 22. Mai, Erdbeben der Stärke 8,3 bei Xining, Republik China, 200.000 Tote
- 1939, 25. Januar, Erdbeben in Chillán, Chile etwa 28000 Tote.
- 1960, 22. Mai, Erdbeben der Stärke 9,5 bei Valdivia, Chile, etwa 5.700 Tote (das stärkste je gemessene Erdbeben)
- 1976, 27. Juli, Erdbeben der Stärke 7,8 bei Tangshan, ca. 240.000 Tote
- 1985, 19. September, Erdbeben der Stärke 8,1 in Michoacán, Mexiko, etwa 9.500 Tote
- 1988, 7. Dezember, Erdbeben der Stärke 6,9 in Armenien, 30.000 Tote
- 1994, 17. Januar, Erdbeben der Stärke 6,7 in Los Angeles, USA, 72 Tote
- 1995, 17. Januar, Erdbeben der Stärke 8,1 in Kobe, Japan. 6.310 Menschen sterben.
- 1999, 17. August, Erdbeben der Stärke 7,8 in Gölcuk/Izmit, Türkei, etwa 24.000 Tote, noch bis heute Tausende von Vermissten.
- 1999, 21. September, Erdbeben der Stärke 7,6 in Puli, Taiwan, etwa 2.100 Tote, 9000 Verletzte und über 80.000 Obdachlose.
- 2003, 26. Dezember, Erdbeben der Stärke 6,6 in Bam, Südiran, etwa 41.000 Tote
- 2004, 24. Dezember, Erdbeben der Stärke 8,2 bei der Macquarieinsel, Antarktis
- 2004, 26. Dezember, Erdbeben der Stärken 9,0 und Nachbeben bis zu 7,5 vor Sumatra, Indonesien. Das Beben löste einen Tsunami aus, der in Indonesien, Indien, Malaysia, Malediven, Thailand, Sri Lanka, Somalia, Kenia und Tansania zahlreiche Opfer forderte, etwa 300.000 Tote und 800.000 Obdachlose. Am 14. Februar 2005 hat die amerikanische NOAA das Erdbeben auf 9.3 aufgestuft.
- 2005, 8. Oktober, Erdbeben der Stärke 7,6 (Schätzung, Stand: 9.Oktober 2005) in Kaschmir. Schätzungen gehen von ca. 73.000 Todesopfern allein im pakistanischen Teil Kaschmirs aus. (Stand 2.11.2005) Umfassende Aufstellung in der Liste von Erd- und Seebeben.

Stärkste gemessene Erdbeben

Nach Angaben des USGS; Stärke jeweils nach der Richterskala. # Großes Chile-Erdbeben – Chile, 22. Mai 1960: 9,5 # Prince William Sund (Alaska), 28. März 1964: 9,2 # Andreanof Islands (Alaska), 9. März 1957: 9,1 # Erdbeben im Indischen Ozean – vor Sumatra, 26. Dezember 2004: 9,0 (Nach neueren Auswertungen langperiodischer Signale hatte dieses Beben sogar möglicherweise eine Magnitude von 9,3 - 9,4) # Kamtschatka (Russland), 4. November 1952: 9,0 # Erdbeben vor Ecuador, 31. Januar 1906: 8,8 # Erdbeben vor Nord-Sumatra, 28. März 2005: 8,7 # Rat Islands (Alaska), 4. Februar 1965: 8,7 # Assam (Indien), 15. August 1950: 8,6 # Ningxia-Gansu, China, 16. Dezember 1920: 8,6 # Kuril Islands 13. Oktober 1963: 8,5 # Erdbeben in der Banda-See (Indonesien), 1. Februar 1938: 8,5 # Kamtschatka, 3. Februar 1923: 8,5

Siehe auch


- Erdbebengebiete der Erde
- Seismische Welle
- Tsunami
- Katastrophe
- Naturkatastrophe
- Katastrophenschutz
- Frühwarnsystem
- Notfallseelsorge

Literatur


- Schneider, Götz: Erdbeben. Spektrum Akademischer Verlag 2004 ISBN 3-8274-1525-X

Weblinks


- [http://www.seebeben.de.ms Eine sehr erfolgreiche private Linkseite zum großen Seebeben]
- [http://www.parautochthon.com/100584/index.html Hintergrundinformationen über Erdbeben, Vulkane und Tsunamis]
- [http://www.szgrf.bgr.de/ Seismologisches Zentralobservatorium, Erlangen]
- [http://www.naturgewalten.de/quake.htm Erdbebenseite von naturgewalten.de]
- [http://sdac.hannover.bgr.de/web/sdac/beben/aktuell.html BGR Hannover, aktuelle Erdbeben in Deutschland und weltweit]
- [http://www.lgrb.uni-freiburg.de/lgrb/Fachbereiche/erdbebendienst Landeserdbebendienst Baden-Württemberg (LED)]
- [http://www.seismo.uni-koeln.de/events/index.htm Erdbebeninformationen von der Erdbebenstation Bensberg der Universität Köln]
- http://www.educeth.ch/stromboli/links/earthquakes-de.html
- [http://www.seismo.ethz.ch/ Schweizerischer Erdbebendienst (SED)]
- [http://geofon.gfz-potsdam.de/db/eqinfo.php Liste automatisch lokalisierter Erdbeben des GFZ Potsdam (schnell, auch als RSS-Feed)]
- [http://earthquake.usgs.gov/recenteqs/ United States Geological Survey (USGS) earthquake information]
- [http://www.ngdc.noaa.gov/ National Geophysical Data Center (NGDC) USA]
- [http://www.edac.biz/ Earthquake Damage Analysis Center (EDAC)]
- [http://www.nisee.org/ National Information Service for Earthquake Engineering USA]
- [http://www.ceri.memphis.edu/ Center for Earthquake Research and Information USA]
- [http://www.exploratorium.edu/faultline/earthquakescience/index.html Why the Earth Shakes USA]
- [http://www.earthquakes.com/ Global Earthquake Response Center]
- [http://www.geo.ed.ac.uk/quakes/quakes.html The Worldwide Earthquake Locator]
- [http://www.iris.edu/seismon/ IRIS-Landkarte mit Seismic-Monitor und Erdbebenangaben unterhalb der Karte, wenn man die Kreise auf der Karte antippt]
- [http://de.cornblogs.com/wetterbote/ RSS-Feed der Rapid Determination Europe] Kategorie:Geologie ja:地震 ko:지진 ms:Gempa bumi simple:Earthquake th:แผ่นดินไหว

Erde

Die Erde (von indogermanisch er[t]) ist der dritte Planet des Sonnensystems. Sie ist ca. 4,55 Milliarden Jahre alt und ist der einzige bekannte belebte Ort. Das Planetenzeichen ist 18px oder 14px. Der lateinische Name ist Terra. Die Erde zählt zu der Gruppe der erdähnlichen (terrestrischen) Planeten.

Entstehung und Aufbau der Erde

Hauptartikel: Entstehung der Erde, Innerer Aufbau der Erde, Erdfigur und Plattentektonik Plattentektonik Die Erde ist der größte Gesteinsplanet im uns bekannten Sonnensystem. Alle anderen Planeten sind kleiner oder bestehen wie Jupiter hauptsächlich aus Gas in stark komprimierten Zuständen. Die Erde entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Man geht heute allgemein davon aus, dass sie während der ersten 100 Millionen Jahre einem intensiven Bombardement von Meteoriten ausgesetzt war. Heute ist nur noch ein geringer Beschuss zu verzeichnen. Die meisten der Meteore werden von Objekten kleiner als 1 cm hervorgerufen. Im Gegensatz zum Mond sind auf der Erde die meisten Einschlagkrater durch geologische Prozesse wieder ausgelöscht worden. Durch die kinetische Energie der Impakte während des schweren Bombardements und durch die Wärmeproduktion des radioaktiven Zerfalls erhitzte sich die junge Erde, bis sie größtenteils aufgeschmolzen war. In der Folge kam es zu einer gravitativen Differenzierung des Erdkörpers in einen Erdkern und einen Erdmantel. Die schwersten Elemente, vor allem Eisen, sanken in die Richtung des Schwerpunkts des Planeten, während leichte Elemente, vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium nach oben stiegen. Aus diesen Elementen bildeten sich hauptsächlich silikatische Minerale, aus denen auch die Gesteine der Erdkruste bestehen. Aufgrund ihres vorwiegenden Aufbaus aus Eisen und Silikaten hat die Erde wie alle terrestrischen Planeten eine recht hohe mittlere Dichte von 5,515 g/cm3. Die Erde hat, wie alle Planeten, durch die Eigengravitation ihrer großen Masse annähernd die Form einer Kugel. Durch die Fliehkräfte ihrer ziemlich schnellen Rotation ist sie an den Polen geringfügig abgeplattet. Der Äquatorumfang ist dadurch mit 40.075,004 km um 67,183 km bzw. um 0,17 % größer als der Polumfang mit 39.940,638 km. Der Poldurchmesser ist mit 12.713,500 km dementsprechend um 42,77 km bzw. um 0,34 % kleiner als der Äquatordurchmesser mit 12.756,270 km. Solch ein geometrisches Verhältnis ist das eines Ellipsoids. Der Meeresspiegel (das Geoid) weicht davon nochmals um ± 100 Meter ab. Die Unterschiede im Umfang tragen mit dazu bei, dass es keinen eindeutig höchsten Berg auf der Erde gibt. Nach der Höhe über dem Meeresspiegel ist es der Mt. Everest im Himalaya und nach dem Abstand des Gipfels vom Erdmittelpunkt der auf dem Äquatorwulst stehende Vulkanberg Chimborazo in den Anden. Von der jeweils eigenen Basis an gemessen ist der Mauna Kea auf der vom pazifischen Meeresboden aufragenden großen vulkanischen Hawaii-Insel am höchsten. Wie die meisten festen Planeten und fast alle größeren Monde, z. B. der Erdmond, weist auch die Erde eine deutliche Dichotomie ihrer Oberfläche auf, d. h. eine Zweiteilung in unterschiedlich ausgeprägte Halbkugeln. Die Oberfläche der Erde unterteilt sich in eine Landhemisphäre und eine Wasserhemisphäre. Die Wasserfläche hat in der gegenwärtigen geologischen Epoche einen Gesamtanteil von 70,7 %. Die von der Landfläche umfassten 29,3 % entfallen hauptsächlich auf sieben Kontinente; der Größe nach: Asien, Afrika, Nordamerika, Südamerika, Antarktika, Europa und Australien. Wobei Europa als große westliche Halbinsel Asiens im Rahmen der Plattentektonik wahrscheinlich nie eine selbstständige Einheit gewesen ist. Die kategorische Grenzziehung zwischen Australien als kleinstem Erdteil und Grönland als größter Insel wurde nur rein konventionell festgelegt. Die Fläche des Weltmeeres wird im Allgemeinen in drei Ozeane einschließlich der Nebenmeere unterteilt: In den Pazifik, den Atlantik und den Indik. Die tiefste Stelle, das Witjastief 1 im Marianengraben, liegt 11.034 m unter dem Meeresspiegel. Nach seismischen Messungen ist die Erde hauptsächlich aus drei Schalen aufgebaut: Aus dem Erdkern, dem Erdmantel und der Erdkruste. Diese Schalen sind durch seismische Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) voneinander abgegrenzt. Die Erdkruste und der oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die so genannte Lithosphäre. Sie ist zwischen 50 und 100 km dick und zergliedert sich in große und kleinere tektonische Einheiten, die Platten. Die größten Platten entsprechen in ihrer Anzahl und Ordnung in etwa jener der von ihnen getragenen Kontinente, mit Ausnahme der pazifischen Platte. All diese Schollen bewegen sich gemäß der Plattentektonik relativ zueinander auf den teils aufgeschmolzenen, zähflüssigen Gesteinen des oberen Mantels, der 100 bis 150 km mächtigen Asthenosphäre. Der innere Erdkern ist fest, der äußere geschmolzen und gut 4.000 °C heiß. Ein dreidimensionales Modell der Erde wird, wie alle verkleinerten Nachbildungen von Weltkörpern, Globus genannt.

Atmosphäre

Hauptartikel: Erdatmosphäre Die Erde besitzt eine etwa 640 km hohe Atmosphäre. Deren Masse beträgt 5,13 x 1018 kg und macht somit knapp ein Millionstel der Erdmasse aus. Der mittlere Luftdruck auf dem Niveau des Meeresspiegels ist 1.013 hPa groß; bei einer mittleren Luftdichte von 1,293 kg/m3. In den bodennahen Schichten besteht die Lufthülle im Wesentlichen aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und 1 % Edelgasen. Dazu kommt ein wechselnder Anteil an Wasserdampf (0 – 5 %), der das Wettergeschehen bestimmt. Die auf der Erde gemessenen Temperaturextreme betragen –89,6 °C (gemessen am 21. Juli 1983 in der Wostok-Station in der Antarktis auf 3.420 Metern Höhe, was einer Temperatur von –60 °C auf Meereshöhe entspräche) und +58 °C (gemessen am 13. September 1922 in Al 'Aziziyah in Libyen auf 111 Metern Höhe). Die mittlere Temperatur in Bodennähe beträgt 15 °C; die Schallgeschwindigkeit bei dieser Temperatur beträgt in der Luft am Meeresniveau etwa 340 m/s. Die Erdatmosphäre streut den kurzwelligen, blauen Spektralanteil des Sonnenlichts etwa fünfmal stärker als den langwelligen, roten und bedingt dadurch bei hohem Sonnenstand die Blaufärbung des Himmels. Dass die Oberfläche der Meere und Ozeane vom Weltall aus gesehen blau erscheinen, weswegen die Erde seit dem Beginn der Raumfahrt auch der Blaue Planet genannt wird, ist jedoch auf die stärkere Absorption roten Lichtes im Wasser selbst zurückzuführen. Die Spiegelung des blauen Himmels an der Wasseroberfläche ist dabei nur von nebensächlicher Bedeutung.

Globaler Energiehaushalt

Der Energiehaushalt der Erde wird im Wesentlichen durch die Einstrahlung der Sonne und die Ausstrahlung der Erdoberfläche bzw. Atmosphäre bestimmt, also durch den Strahlungshaushalt der Erde. Der sonstige vorwiegend durch radioaktive Zerfälle erzeugte Energiebeitrag beträgt nur etwa 0,1 %. Die Albedo der Erde beträgt im Mittel 0,367, wobei ein wesentlicher Anteil auf die Wolken der Erdatmosphäre zurückzuführen ist. Dies führt zu einer globalen effektiven Temperatur von 246 K (-27 °C). Die Durchschnittstemperatur am Boden liegt jedoch durch einen starken atmosphärischen Treibhauseffekt bzw. Gegenstrahlung bei etwa 288 K (15 °C), wobei die Treibhausgase Wasser und Kohlendioxid den Hauptbeitrag liefern.

Herkunft des irdischen Wassers

Hauptartikel: Herkunft des irdischen Wassers Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen der Magma entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fragwürdig. Weitere große Anteile könnten aber auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein. Messungen des Isotopenverhältnisses von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) deuten dabei eher auf Asteroiden hin, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Verhältnisse gefunden wurden wie in ozeanischem Wasser, wohingegen bisherige Messungen dieses Isotopen-Verhältnisses an Kometen und transneptunischen Objekten nur schlecht mit irdischem Wasser übereinstimmten.

Himmelsmechanik

Umlaufbahn

Der mittlere Abstand des Zentrums der Erde vom Zentrum der Sonne ist die große Bahnhalbachse und beträgt etwa 149.597.870 km. Ursprünglich wurde dieser Abstand der Definition der Astronomische Einheit (AE) zugrunde gelegt, die als astronomische Längeneinheit hauptsächlich für Entfernungsangaben innerhalb des Sonnensystems verwendet wird. Der sonnennächster Punkt der Erde, das Perihel, liegt bei 0,983 AE AE und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 1,017 AE. Sie läuft also auf einer elliptischen Umlaufbahn mit einer Exzentrizität von 0,0167 um die Sonne. Für einen Umlauf um die Sonne benötigt sie 365 d 6 h 9 min 9,54 s, diese Zeitspanne wird auch als Siderischen Jahres bezeichnet. Die Bahnebene der Erde wird als Ekliptik bezeichnet.

Mond

Hauptartikel: Mond Die Erde wird von einem Mond umkreist. Dieser ist im Vergleich zur Erde deutlich größer als es bei den anderen Planeten mit Ausnahme des Pluto/Charon-Systems der Fall ist. Der große Mond ist verantwortlich für die Stabilität der Schiefe der Ekliptik der Erde und damit auch für die guten Bedingungen zum Entstehen von Leben auf der Erde.

Rotation und Gezeiten

Die Erde rotiert einmal in 23 h 56 min 4,09 s um ihre eigene Achse. Analog zum siderischen Jahr wird diese Zeitspanne als ein Siderischer Tag bezeichnet. Aufgrund der Bahnbewegung der Erde entlang ihrer Umlaufbahn und der daraus resultierenden leicht unterschiedlichen Position der Sonne an nacheinander folgenden Tagen ist ein Sonnentag, der als die Zeitspanne zwischen zwei Sonnenhöchstständen (Mittag) definiert ist, etwas größer als ein Siderischer Tag und wird nach Definition in 24 Stunden eingeteilt. Aufgrund der Neigung der Rotationsachse der Erde von 23,44° gegen die Ekliptik werden die Nord- und die Südhalbkugel der Erde an verschiedenen Punkten ihrer Umlaufbahn um die Sonne unterschiedlich beleuchtet, was zu den das Klima der Erde prägenden Jahreszeiten führt. Jahreszeiten Der Mond verursacht auf der Erde Gezeiten. Ebbe und Flut in den Meeren und im Erdmantel bremsen die Erdrotation und verlängern dadurch gegenwärtig die Tage um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr. Die Gezeiten wirken sich auch auf die Landmassen aus, die sich um etwa einen halben Meter heben und senken.
Die Rotationsenergie der Erde wird dabei in Wärme umgewandelt. Der Drehimpuls wird auf den Mond übertragen, dessen Bahn sich dadurch um etwa 4 Zentimeter pro Jahr von der Erde entfernt. Dieser schon lange vermutete Effekt ist seit etwa 1995 durch Laser-Distanzmessungen abgesichert. Die zunehmende Tageslänge kann geologisch anhand von Wachstumsringen in fossilen Korallen nachgewiesen werden. Man findet in diesen Sedimenten eine Spur für jeden Tag, und eine jährliche Regelmäßigkeit, aus der sich die Anzahl der Tage im damaligen Jahr bestimmen lässt. In der Vergangenheit zeigt sich die Zunahme der Tageslänge anhand überlieferter Sonnenfinsternisse, die bei gleich bleibender Tageslänge an einem anderen Ort auf der Erde sichtbar gewesen wären. Extrapoliert man diese Abbremsung in die Zukunft, wird auch die Erde einmal dem Mond immer die gleiche Seite zuwenden, wobei ein Tag auf der Erde dann 47 Mal so lang wäre wie heute. Damit unterliegt die Erde dem gleichen Effekt, der in der Vergangenheit schon zur gebundenen Rotation des Mondes geführt hat. Zu dem Zeitpunkt, an dem diese Korotation eintreten wird, wird das Wechselspiel der Gezeiten beendet sein. Die Flutberge verbleiben dann immer an einem Ort auf der Verbindungslinie Erde-Mond und es wird zu einer dauerhaften Verformung des Erdkörpers kommen, ähnlich dem des Mondes. Diese Überlegungen kann man allerdings als hypothetisch betrachten, da zum einen die Stabilität der Erdrotation nicht gewährleistet ist. Zum anderen wird sich durch den Übergang der Sonne zu einem weißen Zwerg auch das gesamte Sonnensystem verändert haben.

Leben und Klima

weißen Zwerg Die Erde ist bisher der einzige Planet, auf dem Leben bzw. eine Biosphäre nachweisbar ist. Nach dem gegenwärtigen Stand der Forschung begann das Leben auf der Erde möglicherweise innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums, gleich nach dem Ausklingen eines schweren Bombardements großer Asteroiden, dem die Erde nach ihrer Entstehung vor ca. 4,6 Milliarden Jahren bis etwa vor 3,9 Milliarden Jahren als letzte Phase der Bildung des Planetensystems ausgesetzt war. Nach dieser Zeit hat sich eine stabile Erdkruste ausgebildet und soweit abgekühlt, dass sich Wasser auf ihr sammeln konnte. Die ältesten direkten, allerdings umstrittenen Hinweise auf Leben, die als versteinerte Cyanobakterien gedeutet werden, sind 3,5 Milliarden Jahre alt und wurden in Gesteinen der Warrawoona-Gruppe im Nordwesten Australiens gefunden. In 3,85 Milliarden Jahre altem Sedimentgestein aus der Isua-Region im Südwesten Grönlands wurden in den Verhältnissen von Kohlenstoffisotopen Anomalien entdeckt, die auf biologischen Stoffwechsel hindeuten könnten; bei dem Gestein kann es sich aber auch statt um Sedimente lediglich um ein stark verändertes Ergussgestein ohne derartige Bedeutung handeln. Die ältesten und eindeutigen Lebensspuren auf der Erde sind 1,9 Milliarden Jahre alte fossile Bakterien aus der Gunflint-Formation in Ontario. Die chemische wie die biologische Evolution sind untrennbar mit der Klimageschichte verknüpft. Das Leben wird in seiner Entwicklung von den herrschenden Bedingungen geprägt und hat seinerseits Einfluss auf die Entwicklung und das Erscheinungsbild der Erde. Durch den Stoffwechsel des pflanzlichen Lebens bzw. durch die Photosynthese wurde die Erdatmosphäre mit molekularem Sauerstoff angereichert und bekam ihren oxidierenden Charakter. Zudem wurde die Albedo und damit die Energiebilanz durch die Pflanzendecke merklich verändert.

Klimazonen

Die Erde wird anhand unterschiedlich intensiver Sonneneinstrahlung in Klimazonen eingeteilt, die sich vom Nordpol zum Äquator erstrecken – und auf der Südhalbkugel spiegelbildlich verlaufen. Die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen sind umso stärker, je weiter die Klimazone vom Äquator und vom nächsten Ozean entfernt liegt.

Polarzone

Unter den Polargebieten versteht man zum einen die Region innerhalb des nördlichen Polarkreises, die Arktis, sowie den Kontinent der Antarktis auf der Südhalbkugel der Erde. Besonderes Kennzeichen der Polarregionen sind neben dem kalten Klima mit viel Schnee und Eis der bis zu einem halben Jahr dauernde Polartag mit der Mitternachtssonne bzw. die Polarnacht, aber auch die Polarlichter.

Gemäßigte Zone

Die gemäßigte Klimazone erstreckt sich vom Polarkreis bis zum vierzigsten Breitengrad und wird in eine kalt-, kühl- und warmgemäßigte Zone eingeteilt. Diese Zone weist einen großen Unterschied zwischen den Jahreszeiten auf, der in Richtung der Erdmitte jedoch etwas abnimmt. Ein weiteres Merkmal sind die Unterschiede zwischen Tag und Nacht, die je nach Jahreszeit stark variieren. Diese Unterschiede nehmen, je näher man dem Pol kommt, immer mehr zu. Die Vegetation wird durch Nadel-, Misch- und Laubwälder geprägt, wobei die Nadelwälder in Richtung Äquator immer weniger werden.

Subtropen

Die Subtropen liegen in der geographischen Breite zwischen den Tropen in Äquatorrichtung und den gemäßigten Zonen in Richtung der Pole, ungefähr zwischen 25°-40° nördlicher und südlicher Breite. Diese Gebiete haben typischerweise tropische Sommer und nicht-tropische Winter. Man kann sie unterteilen in trockene, winterfeuchte, sommerfeuchte und immerfeuchte Subtropen. Eine weit verbreitete Definition definiert das Klima dort als subtropisch, wo die Mitteltemperatur im Jahr über 20 Grad Celsius liegt, die Mitteltemperatur des kältesten Monats jedoch unter der Marke von 20 Grad bleibt. Die Unterschiede zwischen Tag und Nacht fallen relativ gering aus. Die Vegetation reicht von der Artenvielfalt, wie sie z.B. im Mittelmeer auftritt, über die Vegetation der trockenen Savanne bis hin zur kargen oder auch völlig fehlenden Vegetation in Wüsten wie der Sahara.

Tropen

Die Tropen befinden sich zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis. Die Tropen können in die wechselfeuchten und immerfeuchten Tropen unterschieden werden. In den Tropen sind Tag und Nacht immer gleichlang (jeweils 12 Stunden). Jahreszeiten gibt es als Solches nur in den wechselfeuchten Tropen und lassen sich nur in eine Trocken- und Regenzeit unterscheiden. Typisch für die wechselfeuchten Tropen sind die Feuchtsavannen, die sich nördlich und südlich der großen Regenwälder befinden. Sie zeichnen sich durch ihre weiten Grasländer aus. Beispiele sind die afrikanische Savanne und der Bantanal in Südbrasilien und Paraguay. Für die immerfeuchten Tropen, die sich rund um den Äquator befinden, sind die großen, sehr artenreichen Regenwälder, wie z.B. der Amazonas typisch.

Jahreszeiten

Die Jahreszeiten werden in erster Linie von der Einstrahlung der Sonne verursacht und sind in der gemäßigten Zone am stärksten ausgeprägt. Die Unterschiede entstehen durch die Neigung der Erde. Dies hat zur Folge, dass die Sonne zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis hin- und herwandert (daher auch der Name). Dadurch entstehen auch neben den unterschiedlichen Einstrahlungen auch die Unterschiede zwischen Tag und Nacht. Die Wanderung erfolgt im Jahresrhythmus wie folgt:
- 21. Dezember (Wintersonnenwende): Die Sonne befindet sich auf dem südlichen Wendekreis bzw. auf dem Kreis des Steinbocks. Auf der Nordhalbkugel ist nun der kürzeste und auf der Südhalbkugel der längste Tag des Jahres. Durch die nun folgende geringe Einstrahlung der Sonne auf die Nordhalbkugel beginnt nun der Winter. Am Nordpol beginnt die Polarnacht und am Südpol der Polartag.
- 19. bis 21. März: Tagundnachtgleiche auf nördlicher und südlicher Halbkugel: Frühlingsbeginn im Norden und Herbstbeginn im Süden.
- 21. Juni (Sommersonnenwende): Längster Tag im Norden und kürzester Tag im Süden. Am Nordpol beginnt der Polartag und am Südpol die Polarnacht. Auf der Nordhalbkugel beginnt nun der astronomische Sommer und auf der Südhalbkugel der astronomische Winter. Die Sonne befindet sich am nördlichen Wendekreis (Kreis des Krebses).
- 22. oder 23. September: Tagundnachtgleiche: Im Norden beginnt der Herbst, im Süden der Frühling. Die Sonne ist auf Höhe des Äquators. Zwischen den beiden Wendekreisen, wo sich die Tropen befinden gibt es kaum Unterschiede zwischen den Jahreszeiten, da die Sonne dort immer im Zenit steht.

Einfluss des Menschen

Die ersten Menschen lebten als Jäger und Sammler. Mit der Neolithischen Revolution begannen im Vorderen Orient (11.), in China (8.) und im mexikanischen Tiefland (6. Jahrtausend vor Christus) Ackerbau und Viehzucht. Die Kulturpflanzen verdrängten die natürliche Pflanzenwelt. Im Zuge der Industrialisierung wurden weiträumige Landflächen in Industrie- und Verkehrsfläche umgewandelt. Die Wechselwirkungen zwischen Lebewesen und Klima haben heute durch den zunehmenden Einfluss des Menschen eine neue Quantität erreicht. Während im Jahr 1920 circa 1,8 Milliarden Menschen die Erde bevölkerten, wuchs die Weltbevölkerung bis zum Jahr 2000 auf 6,1 Milliarden an. In den Entwicklungsländern ist für die absehbare Zukunft weiterhin ein starkes Bevölkerungswachstum zu erwarten, während in vielen hoch entwickelten Ländern die Bevölkerung stagniert oder nur sehr langsam zunimmt, deren industrieller Einfluss auf die Natur aber weiterhin wächst. Siehe auch: Klimazonen

Siehe auch


- Liste aller Länder und Staaten der Erde
- Biosphäre 2
- Magnetismus
- Jahreszeiten
- Satellit
- Geowissenschaften
- Envisat (ESA-Umweltsatellit)
- Merkurtransit, Venustransit
- Die Erde in Daten und Zahlen
- Nasa World Wind (Computerprogramm)
- Google Earth (Computerprogramm)

Literatur


- David Oldroyd: Die Biographie der Erde. Zweitausendeins 1998. ISBN 3-86150-285-2
- J. D. Macdougall: Eine kurze Geschichte der Erde. Econ Taschenbuchverlag 2000. ISBN 3-612-26673-X
- Cesare Emilliani: Planet Earth. Cosmology, Geology, and the Evolution of Live and Environment. Cambridge University Press 1992.

Weblinks


- [http://www.uni-muenster.de/MineralogieMuseum/vulkane/Vulkan-3.htm Bau der Erde und Vulkanismus]
- [http://www.raumfahrer.net/planeterde Raumfahrer.net Sonderseite: Planet Erde]
- [http://www.kowoma.de/gps/geo/mapdatum.htm Ellipsoide, Geoide und topografische Oberflächen]
- [http://home.arcor.de/m.panitzki/html/navigation/index_navigation.htm Ellipsoide, Geoide und topografische Oberflächen II]
- Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
  - [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=050202.rm Wie schnell entstand die Erde?]
  - [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=020414.rm Warum ist die Erde warm?]
  - [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010204.rm&g2=1 Wie alt ist die Erde?] Kategorie:Erde ja:地球 ko:지구 ms:Bumi simple:Earth th:โลก zh-min-nan:Tē-kiû

Seismische Welle

Seismische Wellen, auch Erdbebenwellen genannt, werden bei einem Erdbeben durch den so genannten Herdvorgang ausgelöst und breiten sich von dort radial im Erdinneren aus. Auf ihrem Weg durch das Erdinnere können diese Wellen gebrochen, reflektiert, gebeugt, absorbiert und umgewandelt werden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Erdbebenwellen ist abhängig vom Wellentyp und vom Material, das die Wellen durchlaufen. Vor allem auf letzterem beruht die Exploration des Erdinneren anhand von durch Erdbeben ausgelöster oder durch Sprengung oder Vibration hervorgerufener seismischer Wellen. Es gibt folgende Typen von seismischen Wellen, die sich durch ihre Laufgeschwindigkeit und ihre Schwingungsweise unterscheiden:

Raumwellen

Die Bezeichnungen der im folgenden beschriebenen Primärwellen und Sekundärwellen beziehen sich darauf, dass sich erstere schneller ausbreiten als letztere. An einem vom Bebenherd entfernten Ort werden zuerst die P-Wellen und erst später die S-Wellen aufgezeichnet. Aus der Zeitdifferenz zwischen den Einsätzen der P- und der S-Wellen kann die Entfernung zum Herd errechnet werden. Können an drei verschiedenen Orten auf diese Weise die Entfernung zum Bebenherd und die Laufrichtung der Wellen bestimmt werden, kann der Bebenherd lokalisiert werden.

P-Wellen

Die P-Wellen oder Primärwellen schwingen parallel zur Ausbreitungsrichtung (Longitudinalwelle) und können sich in festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen ausbreiten. P-Wellen sind daher Verdichtungswellen (auch: Druck- oder Kompressionswellen). Ein alltägliches Beispiel für Verdichtungswellen ist der Schall. Die P-Wellen können sich in festen Gesteinen, aber auch in Flüssigkeiten wie Wasser oder den quasi flüssigen Teilen des Erdinneren ausbreiten. Wie bei Schallwellen in der Luft werden hier die Teilchen im Boden geschoben und gezogen, wobei die Bewegung in Ausbreitungsrichtung der Welle erfolgt. Manche Tiere sind in der Lage, P-Wellen zu hören, Menschen hingegen fühlen normalerweise nur die Erschütterungen.

S-Wellen

Die S-Wellen oder Sekundärwellen schwingen quer zur Ausbreitungsrichtung (Transversalwelle). Da sie zur Verscherung des Ausbreitungsmediums führen, werden sie auch Scherwellen genannt. S-Wellen können sich in festen Körpern, jedoch nicht in Flüssigkeiten oder Gasen ausbreiten, da die beiden letzteren keinen (nennenswerten) Scherwiderstand haben. Daher kann man flüssige Bereiche im Erdinneren daran erkennen, dass dort keine S-Wellen laufen.

Oberflächenwellen

Neben den P- und S-Wellen gibt es noch die so genannten Oberflächenwellen. Sie entstehen dadurch, dass P- oder S-Wellen in die Erdoberfläche hinein gebrochen werden. Ähnlich den P- und S-Wellen können auch sie längs oder quer zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Jedoch zeichnen sie sich dadurch aus, dass sie an der Oberfläche geführt laufen und dass die Amplituden der Wellen mit der Tiefe abnehmen. Die Amplitude der Oberflächenwellen nimmt zudem mit der Entfernung r nur um einen Faktor 1/r ab und nicht wie Raumwellen um den Faktor 1/r^2.

Love-Wellen

Die Love-Wellen wurden nach dem Britischen Mathematiker A.E.H. Love benannt, der 1911 als erster ein mathematisches Modell für die Ausbreitung dieser Wellen aufstellte. Sie sind die schnellsten Oberflächenwellen, breiten sich aber langsamer als die S-Wellen aus. Die Bodenbewegung erfolgt in horizontaler Richtung, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Rayleigh-Wellen

Die Rayleigh-Wellen wurden nach Lord Rayleigh benannt, der 1855 die Existenz dieser Wellen mathematisch voraussagte, noch bevor sie tatsächlich beobachtet wurden. Bei Rayleigh-Wellen rollt der Boden in einer elliptischen Bewegung ähnlich wie Meereswellen. Dieses Rollen bewegt den Boden sowohl auf und ab als auch hin und her in Ausbreitungsrichtung der Welle. Die meisten Erschütterungen, die bei einem Erdbeben gespürt werden, sind in der Regel Rayleigh-Wellen, deren Amplituden viel größer als die der übrigen Wellenarten werden können.

Siehe auch


- Seismik
- Welle (Physik)
- Erdbeben
- Stoßwelle
- Druckwelle
- Tsunami

Weblinks

[http://www.erdbebendienst.de/edu/wellen.htm], Liste der verschiedenen Wellentypen mit Diagrammen. Kategorie:Geologie Kategorie:Geophysik Kategorie:Wellenlehre ja:地震波

Projektion

Eine Projektion ist die Abbildung eines Urbildes auf eine geometrische Projektionsfläche bzw. auf eine ideelle Vorstellungsebene. Das Wort kommt vom lat. proiectus, dem Partizip von proicere (hinauswerfen, hinwerfen). In den einzelnen Fachgebieten bedeutet Projektion:
- In der Mathematik eine idempotente, lineare Abbildung, siehe Projektion (Mathematik)
- In der Geometrie (Projektion (Geometrie)) die Abbildung eines zwei- oder dreidimensionalen Gegenstandes auf eine zweidimensionale Fläche (projektive Geometrie)
- In der Informatik die Auswahl von Attributen aus einer Relation, siehe Projektion (Informatik)
- In der Geodäsie und Kartografie
  - allgemein die Abbildung eines Urbildes auf eine Projektionsfläche, und
  - speziell das Abbilden der Erdoberfläche auf eine Ebene - siehe Kartenprojektion und Landkarte
- In der Optik die Abbildung eines Objekts oder Bildes in eine Bildebene - siehe Projektor, Fotoapparat, Teleskop und Mikroskop
  - speziell das Sichtbarmachen eines Lichtbildes oder Kinofilmes auf einer großen Fläche (Leinwand, Bildschirm) - siehe Diaprojektion und Filmprojektion
- In der Chemie das Abbilden eines Moleküls in der Zeichenebene, z. B. durch Fischer-Projektion, Haworth-Projektion oder Newman-Projektion
- In der Astronomie das Abbilden eines hellen Himmelskörpers durch das Okular eines Fernrohrs auf Fotofilm oder (bei der Sonne) auf weißes Papier - siehe auch Astrofotografie, Okularprojektion
- In der Germanistik die Ableitung und Darstellung von Wort- und Satz-Bedeutungen im Rahmen der Transformationsgrammatik
- In der Religionsphilosophie die Ableitung der Existenz Gottes aus menschlichen Wünschen, bzw. die Übertragung anthropomorpher Elemente auf Gott
- in der Anatomie des Zentralnervensystems eine Verbindung durch Nervenfasern zu einem übergeordneten Abschnitt des Gehirns, siehe Projektionsneuron
- In der Psychoanalyse die unbewusste Verlagerung eigener Wünsche, Gefühle oder Vorstellungen auf andere Personen oder Objekte -- im Unterschied zur Übertragung - siehe Projektion (Psychologie)
- Die Erarbeitung eines Projektes, meist "Projektieren" genannt



Seismologie

Die Seismologie (v. griech. seismós = Erderschütterung) ist in der Geophysik die Lehre von Erdbeben, der Ausbreitung seismischer Wellen und der Bestimmung der seismischen Struktur des Erdinnern. Die Seismologie schickt sich an, das Erdinnere tomographisch in drei Dimensionen zu erfassen. Heiße und kalte Massenströme werden durch die Anomalie der Geschwindigkeit seismischer Wellen sichtbar gemacht. Bei weiterer Verbesserung der Auflösung wird es möglich werden, die Konvektionsströme im Erdmantel darzustellen, die für den Antrieb der Plattentektonik heute gefordert werden...(Prof.Dr.Dr.Frink) Mit Hilfe von Seismographen (auch genannt Seismometer) werden seismische Wellen, die die Erde durchlaufen, aufgezeichnet. Aus den Laufzeiten und Amplituden dieser Wellen lassen sich Rückschlüsse auf den inneren Aufbau der Erde ziehen. Die seismischen Eigenschaften eines Gebietes werden durch die Seismizität beschrieben. Im Gegensatz hierzu nutzt die Seismik aktive Quellen wie zum Beispiel Explosionen, um den Aufbau der Erdkruste und des oberen Erdmantels zu erkunden. Die Seismologie wurde durch den deutschen Wissenschaftler Emil Wiechert eingeführt, der im Jahre 1899 den ersten Horizontalseismographen erfand. Weitere wichtige Personen in der Seismologie waren die Dänin Inge Lehmann, der Amerikaner Charles Francis Richter, der Deutschamerikaner Beno Gutenberg, der Engländer Harold Jeffreys und der Australier Keith Edward Bullen. Moderne Verfahren in der Seismologie sind die seismische Tomographie, die Receiver Functions-Analyse und Wellenfelduntersuchungen. Ein wenig bekannter Seismologe ist der russische Wissenschaftler Wladimir Keilis-Borok

Siehe auch

Seismologisches Zentralobservatorium

Weblinks


- [http://www.uni-geophys.gwdg.de/~eifel/Seismo_HTML/wiechert.htm Emil Wiechert]
- [http://www.szgrf.bgr.de/ Seismologisches Zentralobservatorium]
- [http://www.parautochthon.com/100584/index.html Einführung in die Seismologie] Kategorie:Geophysik ja:地震学 th:วิทยาแผ่นดินไหว

Plattentektonik

Die Plattentektonik ist die derzeit wichtigste Theorie der Geologie und Geophysik für die großräumigen Abläufe in der Erdkruste. Die Plattentektonik beschreibt die Bewegungen der Lithosphären-Platten - die sogenannte Kontinentalverschiebung - und die damit verbundenen Folgen. Zu diesen zählen die Entstehung von Faltengebirgen (Orogenese) und Tiefseerinnen durch den Druck der Platten, sowie die Phänomene der Erdbeben und des Vulkanismus.

Allgemeines

Vulkanismus Grundlegend für die Plattentektonik ist die fragmentierte Struktur der Lithosphäre, die in 7 große Platten gegliedert ist:
- Pazifische und Antarktische Platte,
- Nord- und Südamerikanische Platte,
- Afrikanische und Eurasische Platte,
- und Indisch-Australische Platte. Daneben gibt es noch einige kleinere Platten wie zum Beispiel die Karibische Platte, Cocosplatte, Nazcaplatte, Somaliplatte, Arabische Platte und Philippinische Platte), über deren Zusammenhang jedoch unterschiedliche Angaben vorliegen. Die Platten sind durch Mittelozeanische Rücken oder durch Tiefseerinnen (-gräben) voneinander getrennt. An den Rücken entsteht aus basaltischem Magma, das aus dem Oberen Erdmantel emporsteigt, neue ozeanische Kruste, was man Ozeanboden-Spreizung oder Seafloor Spreading nennt. In den Tiefseerinnen sinkt die Kruste wieder in den Mantel ab und wird „verschluckt“ (subduziert). Die eigentlichen Kontinentalblöcke aus vorwiegend granitischem Material werden - zusammen mit den umgebenden Ozeanböden - wie auf einem langsamen Fließband von den Spreizungszonen weg beziehungsweise zu den Subduktionszonen hin geschoben. Nur eine Kollision mit einem anderen Kontinent kann diese Bewegung aufhalten. Da die kontinentale Kruste aber spezifisch leichter als jene der Ozeanböden ist, kann sie nicht mit dieser zusammen in die Subduktionszone abtauchen.

Geschichte der Theorie der Plattentektonik

Erste Hypothesen (17.-19. Jahrhundert)

Der offensichtlichste und daher am frühesten erkannte Hinweis auf die Kontinentaldrift ist die Ähnlichkeit im Verlauf der Ostküste Südamerikas und der Westküste Afrikas. Die älteste Vermutung einer Horizontalverschiebung als Ursache stammt von dem flämischen Kartografen Abraham Ortelius, in der Ausgabe seines Atlas Theatrum Orbis Terrarum von 1596. Als Antriebskraft dieser Vorgänge hat Ortelius Erdbeben und Fluten angenommen. 1596 Häufig wird der erste Hinweis Sir Francis Bacon im Jahre 1620 zugeschrieben, doch soll Bacon sich nur auf die Ähnlichkeit der Westküsten beider Kontinente, also die atlantische Küste von Afrika und die pazifische Küste von Südamerika bezogen haben (nach Keary und Vine, Global Tectonics, 1990, Blackwell Scientific Publications, Oxford). Dagegen soll auch der Theologie-Professor Theodor Christoph Lilienthal in Königsberg angesichts der Ähnlichkeit der gegenüberliegenden Küsten Südamerikas und Afrikas 1756 die Möglichkeit erwogen haben, daß sie einstmals nahe beieinander lagen. Das Auseinanderbrechen brachte er mit einer biblischen Katastrophe in Verbindung. Alexander von Humboldt beschrieb 1801 und 1845 die Ähnlichkeit der gegenüberliegenden Küsten Südamerikas und Afrikas und spekulierte, daß der Atlantik durch einen katastrophalen Strom ausgewaschen wurde. Im Jahre 1858 ging der US-Amerikaner Antonio Snider-Pellegrini einen Schritt weiter, als er die erste Karte veröffentlichte, auf der die Alte und die Neue Welt ohne trennenden Ozean zu sehen waren. Er mutmaßte, dass es die biblische Sintflut gewesen sei, welche die Kontinente voneinander getrennt habe. Um die Jahrhundertwende wurde das Auseinanderdriften des amerikanischen und des afrikanischen Kontinents mit der Entstehung des Mondes aus dem Pazifik in Verbindung gebracht. Der österreichische Geologe Eduard Suess (1831 - 1914) vertrat in seiner Buchreihe „Das Antlitz der Erde“ zunächst die Landbrücken-Theorie, um die markanten Ähnlichkeiten zwischen bestimmten fossilen Tier- und Pflanzenvergesellschaftungen auf verschiedenen heutigen Kontinenten zu erklären. Später postulierte er jedoch die Existenz von zwei ehemals zusammen hängenden großen Landmassen. Für die südlichere von beiden prägte Suess den zuvor bereits von anderen eingeführte Namen Gondwana-Land. Dieser Kontinent habe noch im Mesozoikum alle heutigen Kontinente der südlichen Hemisphäre, einschließlich Indien, umfasst. Zu Beginn des Känozoikums aber seien große Teile dieses Kontinents abgesunken und zu Ozeanen geworden.

Alfred Wegener und seine Gegner

Känozoikum, Glossopteris und Lystrosaurus erlauben die Rekonstruktion von Gondwana und sind damit Belege für die Existenz der Plattentektonik]] In seinem 1915 veröffentlichten Buch „Die Entstehung der Kontinente und Ozeane“ ([http://caliban.mpiz-koeln.mpg.de/~stueber/wegener/ Link zur vierten überarbeiteten Auflage von 1929]) folgerte Alfred Wegener (1880-1930) aus der genauen Passung der Küstenlinien von Südamerika und Afrika, dass diese Bruchstücke eines ehemals größeren Kontinents gewesen sein könnten, der in der erdgeschichtlichen Vergangenheit auseinander gebrochen war. Die Passung ist noch perfekter, wenn man nicht die Küstenlinien, sondern die Schelfränder, also die unter Wasser liegenden Teile eines Kontinents betrachtet. Daneben sammelte Wegener weitere Argumente:
- Faltengürtel und Scherzonen aus Südamerika lassen sich in Afrika mit sehr ähnlichen Gesteinsabfolgen und Deformationsmustern vergleichen.
- Diamantlagerstätten in Südamerika und Westafrika weisen geologische Ähnlichkeiten auf.
- Auf allen Südkontinenten finden sich Klima-Zeugen der permo-karbonen Eiszeit.
- Bestimmte fossile und rezente Floren und Faunen beiderseits des Atlantiks stimmen überein:
  - Fossilien kälteliebender Landpflanzen mit zungenförmigen Blättern (Glossopteris-Flora) waren auf allen Südkontinenten verbreitet.
  - Fossile Überreste von Mesosaurus, eines im Süßwasser lebenden Reptils, konnte sowohl in Afrika als auch in Südamerika nachgewiesen werden.
  - Die Seekuh Manati kommt heute sowohl in Westafrika als auch in Mittel- und Südamerika vor. Manati] Anhand solcher Indizien rekonstruierte Wegener einen Superkontinent, den er Pangäa - Alles Land - nannte, der nicht nur die Südkontinente, sondern alle bekannten Kontinentalmassen umfasste. Nach seiner Theorie sollten die aus überwiegend granitischem Gestein bestehende, spezifisch leichtere kontinentale Kruste oder SiAl - neben Silizium ist Aluminium das vorherrschende Element des Granits - auf dem dichteren, basaltischen Untergrund, dem SiMa - das Aluminium wird im Basalt durch Magnesium vertreten - „schwimmen“, etwa so, wie ein Eisberg im Meer treibt. Als mögliche Kraft, die die Kontinente zerbrechen und auseinander treiben ließ, schlug Wegener verschiedene astronomische Kräfte vor: zum Beispiel die Abbremsung der Erdrotation durch die Gezeitenreibung des Mondes, oder Präzessionskräfte. Die „Polflucht“, das heißt, die durch die Erdrotation erzeugte Fliehkraft, sollte die Kontinentalmassen langsam in Richtung auf den Äquator zu bewegen. Aber selbst Wegener war klar, dass letztlich diese Kräfte nicht ausreichten, um die Drift der Kontinente zu erklären. Gerade deshalb wurde Wegeners Theorie zu seinen Lebzeiten von den meisten Geowissenschaftlern abgelehnt. Ein weniger wissenschaftliches Motiv von Wegeners Gegnern bestand aber wohl in den Eifersüchteleien zwischen den damals streng voneinander getrennten Teilgebieten der Geowissenschaften. Da sich Wegener ursprünglich mit Astronomie, Meteorologie und Klimatologie beschäftigt hatte, galt er vielen „echten“ Geologen als ein unqualifizierter „Quereinsteiger“.

Ab 1960: Ozeanböden, Subduktion, Erdmessung

Der Paradigmenwechsel setzte etwa um 1960 ein, als man grundlegend neue Erkenntnisse über die Geologie der Ozeanböden erlangte.
- Man erkannte zum Beispiel, dass die Mittelozeanischen Rücken vulkanisch aktiv sind, und dass dort an langen Bruchspalten große Mengen an basaltischer Lava austreten, meist in Form von Kissenlava.
- Bei paläomagnetischen Messungen dieser Basalte entdeckte man, dass die wiederholte Umpolung des Erdmagnetfelds im Laufe der Erdgeschichte ein genau spiegelsymmetrisches „Streifenmuster“ auf beiden Seiten des Mittelatlantischen Rückens erzeugt hatte.
- Außerdem erkannte man, dass die Sedimentgesteine, die die Tiefseeböden bedecken, in größerer Entfernung von den Mittelozeanischen Rücken auch immer mächtiger und älter werden. Die einleuchtendste Erklärung für diese Phänomene war, dass die basaltischen Magmen, die ständig an den Mittelozeanischen Bruchzonen austreten und erstarren, den Ozeanboden in entgegengesetzte Richtungen auseinander drücken, so dass er sich im Laufe der Zeit immer weiter ausdehnt (Sea-Floor-Spreading). Nun gibt es bis heute keine eindeutigen Anzeichen, dass sich der Radius der Erde im Laufe ihres Bestehens signifikant vergrößert hätte, wie es in der alten Expansionshypothese gefordert wurde. Dies legte den Gedanken nahe, dass die neu gebildete ozeanische Kruste an anderer Stelle wieder vernichtet werden müsse.
- Dafür spricht, dass man bis heute keinen Ozeanboden entdeckt hat, der älter als 200 Millionen Jahre wäre. Die Hälfte aller Ozeane ist nicht einmal älter als 65 Millionen Jahre. Hiermit wurde die alte, fixistische Vorstellung widerlegt, nach der die Ozeane uralte Einsturzbecken seien, die sich, wie die Kontinente, schon bald nach Formung der ersten festen Kruste um die glutflüssige Urerde, gebildet hätten. Als Ort der Vernichtung ozeanischer Kruste wurden in den 1970er Jahren die Tiefseerinnen erkannt, die besonders den Pazifischen Ozean umgeben. Wegen ihrer starken seismischen und vulkanischen Aktivität wird diese Zone auch als „Pazifischer Feuerring“ bezeichnet.
- Geophysikalische Messungen offenbarten dort schräg geneigte seismische Reflexionsflächen (Benioff-Zone), an denen anscheinend schwere ozeanische Kruste unter kontinentale (oder andere ozeanische) Kruste geschoben wird und absinkt. Typisch für diese Zonen sind die tiefen Erdbeben, deren Hypozentren in Tiefen von 320 bis 720 km liegen können. Dieser Befund wird mit der starken Reibung zwischen den absinkenden Platten und dem umgebenden Gestein erklärt, die schließlich zum Zerbrechen und Aufschmelzen der subduzierten Platte führt.
- Als Substrat, auf dem sich die Kruste seitlich verschieben kann, gilt die rund 100 km mächtige „Low-Velocity Zone“ (Asthenosphäre), in der sich die seismischen „P- und S-Wellen“ nur langsam ausbreiten. Dies erklärte man mit der Existenz von teilweise aufgeschmolzenem, fließfähigen Gesteinspaketen unterhalb der starren, 70-120 km mächtigen Lithosphäre. Die neuen Methoden der Satellitengeodäsie und des VLBI, die sich in den 1990ern der cm-Genauigkeit näherten, liefern nun einen direkten Nachweis der Kontinentaldrift. Die Geschwindigkeit der Ozeanboden-Spreizung beträgt im Mittel einige Zentimeter pro Jahr, variiert aber zwischen den einzelnen Ozeanen. Die geodätisch ermittelten Driftraten zwischen den großen Platten liegen zwischen 2 und 20 cm und stimmen mit den geophysikalischen NUVEL-Modellen weitgehend überein. Zusammenfassend lässt sich sagen: Alfred Wegener (1880-1930) postulierte schon 1915, dass die verhältnismäßig leichten, granitischen Gesteine der kontinentalen Kruste wie Keile auf die dichteren, zähflüssigeren Basalte der ozeanische Kruste wirken und beide zusammen mit dem oberen Erdmantel als Lithosphärenplatten auf der Asthenosphäre 'schwimmen'. Doch erst um 1970 konvergierten die Befunde der einzelnen Geowissenschaften, und das Plattentektonik-Modell konnte die älteren Theorien zur Gebirgsbildung und zur Struktur der Erdoberfläche ablösen. Diese Theorien waren die auf der Kontraktionshypothese aufbauende Geosynklinal-Theorie, die Expansionstheorie und die Pulsationshypothese. Neben Wegeners Theorie der Kontinentaldrift enthält die Plattentektonik auch Elemente der Unterströmungstheorie von Otto Ampferer (siehe auch: Geschichte der Geologie, Permanenztheorie).

Gebirgsbildung und Vulkanismus im Licht der Plattentektonik

Im Gegensatz zu der klassischen Geosynklinal-Theorie, geht man heute davon aus, dass die meisten gebirgsbildenden und vulkanischen Prozesse an die Plattenränder gebunden sind.

Mittelozeanische Rücken

Die Mittelozeanischen Rücken werden heute (als so genannte Rücken und Schwellen) als die größten zusammenhängenden Gebirgssysteme des Planeten Erde angesehen. Dort herrschen aber expansive Kräfte vor, sodass die Gesteine nicht gefaltet werden. Stattdessen herrscht Bruchtektonik mit der Bildung von tektonischen Gräben und Horsten vor. Charakteristisch für die Mittelozeanischen Rücken sind Transform-Störungen, die die vulkanisch aktiven Zentralgräben in unregelmäßigen Abständen etwa rechtwinklig zerschneiden und die einzelnen Abschnitte gegeneinander versetzen. Auch die Transformstörungen sind seismisch aktiv, weil sich hier die tektonischen Spannungen entladen, die durch Plattenbewegungen schräg zu den zentralen Rücken aufgebaut werden. Ein bekanntes Beispiel ist die erdbebengefährdete San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien, die die kleine Gorda-Platte von der Pazifischen Platte trennt. Ein eigentümliches vulkanische Phänomen, das an die Mittelozeanischen Rücken gebunden ist, sind die Black Smoker, hydrothermale Schlote, an denen überhitztes, mineralgesättigtes Wasser austritt.

Intrakontinentale Gräben

Auch die tektonischen Gräben, die wie das Rift-Valley in Ostafrika als die allererste Phase der Ozeanbildung aufgefasst werden, sind mit vulkanischer Aktivität verbunden. Charakteristisch ist hier die Aufwölbung der umgebenden kontinentalen Kruste, die zur Heraushebung von ausgedehnten Grundgebirgs-Massiven, oder Schilden führt. Gerade die ungewöhnliche durchschnittliche Höhenlage des Afrikanischen Schildes lässt viele Wissenschaftler vermuten, dass sich unter dem afrikanischen Kontinent eine stationäre Wärmequelle befindet, die die Kruste aufwölbt und zerreißt. Bei zunehmender Ausweitung der Bruchzonen bilden sich schmale, langgezogene Meeresbecken, wie das Rote Meer, die sich mit der Zeit zu echten Ozeanen ausweiten können.

Kordilleren- oder Andentyp

Der klassische Kordillerentyp der Kettengebirge findet sich über den Subduktionszonen, in denen ozeanische Kruste direkt unter kontinentale Kruste subduziert wird, wie an der Westküste Amerikas. Hier herrschen besonders komprimierende Bedingungen, die die Gesteinspakete herausheben, in tektonischen Decken über einander schieben und falten. In größeren Tiefen kann es in diesen Zonen durch die erhöhten Drucke und Temperaturen auch zu Regional- Metamorphosen und Aufschmelzungen (Anatexis) kommen. Es ist nicht ganz klar, warum die Subduktion an der Ostküste Asiens, und in den Tiefseerinnen des West-Pazifiks, wie dem Marianen- und dem Tonga-Graben, zur Bildung von gekrümmten Inselbögen, wie den Aleuten, oder den japanischen Inseln führt. Wahrscheinlich ist die relative Geschwindigkeit der auf einander treffenden Platten entscheidend. Während der amerikanische Kontinent die Pazifische Platte mit großer Geschwindigkeit überfährt, können sich zwischen den asiatischen Inselbögen und dem vorlagernden Kontinent noch sogenannte „Back-arc Basin“ entwickeln. In beiden Fällen werden jedoch die subduzierten Platten in der Hitze des Oberen Mantels aufgeschmolzen und die erhitzten andesitischen bis granitischen Magmen dringen durch die Gesteine der überlagernden Faltengebirge bis an die Oberfläche. Dort speisen sie die zum Teil hochexplosiven vulkanischen Eruptionen. Bei der Kollision von kontinentaler mit ozeoanischer Kruste wird der Ozeanboden nicht immer vollständig subduziert. Kleine Reste von Meeresbodensedimenten und basaltischem Material (Ophiotlithe) werden zu Weilen bei der Subduktion von ihrer Unterlage 'abgeschabt' und versinken nicht im Oberen Mantel. Statt dessen werden sie, zusammen mit den Gesteinen des Kontinentalrandes, deformiert, gefaltet und in die jeweiligen Gebirgsgürtel integriert. In der Regel werden diese Gesteinspakete keilförmig auf den Kontinentalrand aufgeschoben (Akkretionskeil) und werden Teil der kontinentalen Kruste. Besonders an der Westküste Nordamerikas finden sich Anzeichen, dass die Kontinente auch durch die Kollision mit 'Mikrokontinenten' und mit Inselbögen (Überbegriff: Terranes) immer mehr Kruste ansetzen. Wenn in einem Faltengebirge, wie etwa dem Himalaja. oder den Alpen, Ophiolithe gefunden werden, so deutet dies somit auf die ehemalige Existenz von ganzen Ozeanen hin, die zwischen zwei Kontinentalplatten verschwunden sind.

Kollisionstyp

Wenn die ozeanische Kruste zwischen zwei Kontinentalblöcken vollständig subduziert worden ist, kommt es zum Kollisionstyp der Gebirgsbildung, wie zum Beispiel beim Zusammenstoß des indischen Subkontinents mit der eurasischen Landmasse im Himalaya. Das Bild kann aber bei schrägem Aufeinandertreffen der Blöcke und Vorhandensein von „Mikrokontinenten“ wie der Apenninhalbinsel im Mittelmeer viel komplizierter werden. Es scheint, dass ozeanische Mittelmeerkruste zeitweilig sowohl unter die Afrikanische als auch unter die Eurasische Platte subduziert wurde, während die Iberische Halbinsel, der Sardo-korsische Block und die Apenninhalbinsel zwischen den großen Kontinentalblöcken im Gegenuhrzeigersinn rotiert wurden. Last, but not least existieren auch Gebiete wie die südostasiatische Inselwelt oder die Karibik, in denen zwei ozeanische Platten in gegenläufigem Sinn unter eine andere ozeanische Platte subduziert werden. Nicht zufällig gehören die vulkanischen Eruptionen in diesen Gegenden zu den gewaltigsten überhaupt.

Hot-Spots

Es ist nicht ganz klar, wie der sogenannte Hot spot-Vulkanismus in dieses Bild passt. Sowohl auf Island, wie auf Hawaii, werden aus stationären Magmakammern im Oberen Mantel, den sogenannten Diapiren oder Plumes, basaltische Laven gefördert. Während Island jedoch genau auf dem Mittelatlantischen Rücken liegt und vielleicht aktiv an der Spreizung des Nordatlantiks beteiligt ist, befindet sich Hawaii mitten in der Pazifischen Platte. Die langen Inselketten des Südpazifiks erklären sich dadurch, dass die ozeanische Lithosphäre kontinuierlich über einen stationären Hot Spot geglitten ist, dessen Vulkanschlote in regelmäßigen Abständen den Ozeanboden durchschlagen haben. Zumindest für die Inseln von Hawaii weisen neue Erkenntnisse darauf hin, dass es sich dort nicht um einen stationären, sondern um einen beweglichen Hot-Spot handelt. Die Wissenschaftler untersuchten die Ausrichtung des magnetischen Feldes im ehemals geschmolzenen Gestein, welches beim Erstarren das zu dem Zeitpunkt vorherrschen Magnetfeld quasi einfriert. Die Ergebnisse decken sich nicht mit der bisherigen Annahme, sondern legen die Vermutung nahe, dass sich die Wärmequelle unter der tektonischen Platte bewegt.

Ursachen der Plattentektonik und ungelöste Probleme

Wissenschaftler Wenn die Realität der Kontinentaldrift unter Geowissenschaftern auch kaum noch bezweifelt wird, so besteht über die Kräfte im Erdinnern, die die Bewegungen der Platten auslösen und vorantreiben, noch fast so viel Unklarheit wie zu Zeiten Wegeners. Die heute am meisten vertretene Meinung geht von langsamen Konvektionsströmen aus, die sich durch den Wärmeaustausch zwischen dem heißen Erdmantel und der kühleren Erdkruste bilden. Die Energie für die Aufheizung des Magmas liefern wahrscheinlich radioaktive Zerfallsprozesse. Die Reibungsenergie der Gezeitenwirkung des Mondes auf den Erdkörper kann wohl vernachlässigt werden. Leider bilden Konvektionsströme unter Laborbedingungen, zum Beispiel in erhitzten zähen Flüssigkeiten, sehr hoch strukturierte und symmetrische Formen aus, wie etwa Bienenwabenmuster. Dies lässt sich kaum mit der tatsächlich beobachteten Gestalt der geotektonischen Platten und ihren Bewegungen vereinbaren. Andere Autoren unterstreichen eher die Wirkung der Gravitation auf die Bewegung der Platten. Während sich die ozeanische Kruste von den Mittelozeanischen Rücken entfernt und auskühlt, nimmt auch ihre Dicke und Dichte ständig zu. Schließlich sei der Punkt erreicht, an dem sie unter dem eigenen Gewicht „von selbst“ wieder in den Mantel abtaucht. Die basaltischen Magmen an den Mittelozeanischen Rücken würden somit den Ozeanboden nicht aktiv auseinander drücken, sondern die Spalten öffnen sich passiv, durch den seitlichen Zug zu den Subduktionszonen hin. Die Aufschmelzung der Magmen an den Mittelozeanischen Rücken beruht nach diesen Vorstellungen eher auf seitlicher Druckentlastung als auf erhöhtem Wärmefluss aus der Tiefe. Eine andere Theorie geht von nur zwei sich gegenüber liegenden Konvektionszentren aus. Eine heute dominante Zelle läge unter Afrika, was das dortige Vorherrschen von Dehnungsbrüchen und das Fehlen einer Subduktionszone am Rand der Afrikanischen Platte erklären würde. Die andere Konvektionszelle läge auf der Gegenseite des Globus - unter der Pazifischen Platte, die ständig an Größe verliert. Der Pazifik, der interessanterweise keinerlei kontinentale Kruste beinhaltet, wäre somit der Überrest eines urzeitlichen Superozeans Panthalassa, der einst der Pangäa gegenüber gelegen sei. Erst wenn sich im Gebiet des heutigen Pazifik alle Kontinente wieder zu einem neuen Superkontinent vereinigt hätten, würde sich die Bewegung umkehren. (Wilson-Zyklus). Die neue Pangäa würde wieder auseinander brechen, um den neuen Superozean, der sich aus Atlantik, Indischem und Arktischem Ozean gebildet hätte, ein weiteres Mal zu schließen.

Plattentektonik auf anderen Himmelskörpern

Nach dem bisherigen Stand der Forschung scheint der Mechanismus der Plattentektonik nur auf der Erde wirksam zu sein. Das ist für den kleinen Planeten Merkur und für die großen Monde der Gasplaneten und den Erdmond noch plausibel. Die Lithosphäre dieser relativ zur Erde viel kleineren Himmelskörper ist im Verhältnis einfach zu dick, um in Form von Platten mobil sein zu können. Allerdings zeigt Ganymeds Kruste Ansätze einer zum Erliegen gekommenen Plattentektonik. Jedoch ist bei der fast erdgroßen Venus schwer zu verstehen, warum eine Plattentektonik trotz starkem Vulkanismus nicht in Gang gekommen sein dürfte. Eine erhebliche Rolle könnte dabei das nur auf der Erde vorkommende freie Wasser spielen. Offensichtlich dient es hier bis hinab auf die Kristallgitterebene als reibungsminderndes „Schmiermittel“. Man weiß, dass an den Subduktionszonen der Erde nicht nur ein aus abgescherten Sedimenten bestehender Akkretionskeil in die Tiefe gezogen wird, sondern mit ihnen jährlich Milliarden Tonnen Wasser. Auf der Venus ist es einfach nicht vorhanden. Der Mars dagegen scheint eine Zwischenstellung zu beanspruchen. Wasser bzw. Eis ist vorhanden und man vermeint, Ansätze einer Plattentektonik erkennen zu können. Die aufgereihten gigantischen Schildvulkane und Grabensysteme, die den halben Planeten umspannen, erinnern in gewisser Weise an das Rifting auf der Erde. Dem steht wiederum das Fehlen von eindeutigen Verschluckungszonen gegenüber. Wahrscheinlich reichte die innere Hitzeentwicklung und daraus folgende Konvektion auf diesem relativ kleinen Planeten nicht ganz aus, um den Mechanismus wirklich in Gang zu setzen, oder der Vorgang kam bereits in der Frühgeschichte des Planeten wieder zum Stillstand. Ob eine Art Plattentektonik auf anders aufgebauten Himmelskörpern stattfindet, ist nicht bekannt, aber vorstellbar. Als Kandidaten für konvektionsgetriebene weiträumige horizontale Krustenverschiebungen können die Monde Europa und Enceladus gelten. Die knapp erdmondgroße Europa weist einen Eispanzer von etwa 100 km Dicke über einem felsigen Mondkörper auf, der in den unteren Bereichen teilweise oder vollständig aufgeschmolzen sein könnte, so dass der Eispanzer möglicherweise wie Packeis auf einem Ozean schwimmt. Der nur etwa 500 km kleine Enceladus wird wahrscheinlich durch Gezeitenkräfte aufgeheizt. Flüssiges Wasser oder weiches Eis könnte bei beiden Himmelskörpern an linearen Schwächezonen aufsteigen, das stahlharte Eis der Kruste zur Seite drücken, was wiederum folgen ließe, dass andernorts Kruste verschluckt werden müsste. Die Oberfläche dieser Monde ist jedenfalls geologisch aktiv oder zumindest aktiv gewesen, was Mechanismen der Krustenerneuerung erfordert. Der Vulkanismus auf Io dagegen scheint derartig stark zu sein, dass stabile Krustenbereiche in der Art der Platten erst gar nicht entstanden sind.

Plattenverschiebungen in der Erdgeschichte

Wir wissen, wie schnell und wohin sich die großen Platten derzeit bewegen und verschiedene Indizien erlauben uns, ihre Wege in der Vergangenheit zu rekonstruieren. Wegen ihrer Trägheit benötigen sie Dutzende von Jahrmillionen, um zum Stillstand zu kommen und noch länger, um ihre Bewegung umzukehren.

Verschiebungen in der Vergangenheit


- Man geht davon aus, dass die Landmasse der Erde vor zirka 320 Millionen Jahren im Wesentlichen zwei Kontinente umfasste, nämlich Gondwana und Laurasia.
- Vor rund 250 Millionen Jahren waren beide zum Riesenkontinent Pangäa zusammengewachsen, der vom Riesenozean Panthalassa umgeben war, und in den sich von Osten das Tethysmeer wie eine riesige Bucht hinein erstreckte.
- Vor etwa 135 Millionen Jahren brach die Kontinentalmasse auseinander. Das Tethysmeer öffnete sich weiter nach Westen und trennte einen Südkontinent ab, der wieder als Gondwana bezeichnet wird. Der Nordkontinent zerfiel durch die Öffnung des Nord-Atlantiks in die beiden Teile Nordamerika und Eurasien.
- Bis vor ca. 100 Millionen Jahren hat sich der Zerfallsprozess der Kontinente weiter fortgesetzt. Vor allem der große Südkontinent hat sich in Südamerika, Afrika, Indien, Antarktis und Australien aufgespalten. Das Tethysmeer trennt nach wie vor die Nordkontinente von den Südkontinenten.

Verschiebungen in der Zukunft

Alle geologischen Beobachtungen weisen darauf hin, dass die Platten weiter dynamisch sind. Es lässt sich nicht genau vorhersagen, wie die Landmassen in 200 Millionen Jahren auf der Erdoberfläche verteilt sein werden. Voraussagen lassen sich anhand einer Extrapolation der aktuellen Bewegungen erstellen:
- In 20 Millionen Jahren wird sich Ostafrika vom übrigen Afrika abspalten und dabei einen neuen Ozean bilden. Spanien löst sich von Frankreich und dreht sich dabei leicht im Uhrzeigersinn. Australien und Neuseeland schieben sich schnell nordwärts, so dass Nordaustralien nun am Äquator liegt. Das Schwarze Meer ist vollständig vom Mittelmeer abgeschnitten und der Golf von Akaba hat sich bis zur Türkei geöffnet.
- In 40 Millionen Jahren wird Afrika weiter Richtung Norden wandern und die Mittelmeerregion komplett umgestalten, Sizilien wird nach Norden verschoben und liegt in Küstennähe vor Rom. Spanien dreht sich weiter im Uhrzeigersinn von Frankreich weg. Mitteleuropa könnte entlang des Rheins auseinander brechen. Australien wandert weiter Richtung Südostasien. Der Atlantik wird breiter, denn Amerika entfernt sich weiter von Europa und Afrika.
- In 50 Millionen Jahren löst sich ein Teil Kaliforniens entlang der San-Andreas-Verwerfung vom amerikanischen Festland und wandert nach Nordosten. Nordamerik