:: wikimiki.org ::

Innerer Aufbau Der Erde

Innerer Aufbau der Erde

Die Erde ist annähernd eine Kugel. Durch die Fliehkräfte ihrer Rotation ist sie an den Polen geringfügig abgeplattet, so dass der Äquator-Durchmesser 12.756,2 km beträgt und der Pol-Durchmesser nur 12.713,6 km. Der Unterschied der beiden Durchmesser beträgt also 42,6 km. Dies führt zur Erdfigur des Erdellipsoids. Der Meeresspiegel (das Geoid) weicht davon nochmals um ± 100 m ab. Diese Höhenunterschiede werden durch Masseanomalien im Erdmantel (nicht der Kruste)hervorgerufen, welche sich auf die Gravitation auswirken, etwa ein höherer Eisen- oder Mangangehalt. Die Unterschiede im Umfang bewirken, dass es keinen eindeutig höchsten Berg auf der Erde gibt. Je nach Definition könnte dies der Mt. Everest, der Chimborazo oder der Mauna Loa sein. Die Oberfläche der Erde unterteilt sich in Landflächen mit einem Anteil von 29,3 % an der Gesamtoberfläche des Planeten und Wasserflächen mit einem Anteil von 70,7 %. Die Landflächen werden zum überwiegenden Teil von den Kontinenten gebildet.

Entstehung des Schalenaufbaus

Ebenso wie alle anderen Planeten des Sonnensystems entstand die Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einer rotierenden Staub- und Gaswolke, die durch ihre Schwerkraft langsam dichter wurde und Planetesimale bildete. Massereichere Teilchen zogen wegen ihrer größeren Gravitation die kleineren an und wuchsen auf diese Weise allmählich zu Proto-Planeten heran bis letztlich die Planeten übrig blieben, die einen Großteil der freien Materie abgezogen hatten. Aus einem anfangs kalten und im Inneren homogenen Himmelskörper hat sich die Proto-Erde innerhalb von etwa 100 Millionen Jahre durch die Einschläge der Planetesimale und der freiwerdenden gravitativen Energie zunehmend erwärmt. Durch den Massenzuwachs verdichtete sich der Erdkern, radioaktive Zerfallsprozesse beschleunigten die Erhitzung des Planeten. Nachdem sich die Erde auf ungefähr 2000°C erwärmt hatte - eine Temperatur, bei der Eisen und die meisten Silikate geschmolzen sind - bildete sich tröpfchenförmige Eisenschmelzen, in der sich die - gemäß Goldschmidt-Klassifikation - siderophilen Elemente anreicherten, und Silikatschmelzen in der sich die lithophilen Elemente anreicherten. Die schwereren Tröpfchen der Metallschmelze wanderten Richtung Zentrum und sammelten sich dort zum Eisenkern, während die leichtere Silikatschmelze vom Zentrum nach außen verdrängt wurde und sich zum Erdmantel und zur Erdkruste entwickelte. Durch lange währende Differentiation gelangte somit kontinuierlich leichtere Materie in die äußeren Zonen der Erde. So entstand über dem schweren Eisenkern ein Mantel aus Gesteinen mittlerer Dichte, bestehend aus Magnesium-Eisen-Silikaten und darüber eine Außenkruste aus leichtem Material wie Sauerstoff, Silizium, Aluminium, Calcium, Natrium und anderen. Das leichte Wasser, dessen Herkunft bis heute umstritten ist, fand sich zu den Urozeanen zusammen. Die noch leichteren Gase erzeugten schließlich die Atmosphäre der Erde. Dass die Differentiation auch heute noch nicht abgeschlossen ist, erkennt man zum Beispiel am Gasausstoß bei Vulkanausbrüchen, wobei riesige Mengen an Gasen aus dem Erdinneren entweichen.

Eigenschaften der Schalen

Die Erde besteht in ihrem Inneren aus drei durch seismische Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) begrenzte Hauptschalen: Der Erdkruste, dem Erdmantel und dem Erdkern.

Erdkern

- Innerer Erdkern: Der innere Kern der Erde erstreckt sich zwischen 5100 km und 6370 km unter der Erdoberfläche. Er besteht aus einer festen Eisen-Nickel-Legierung. Der Druck beträgt hier bis zu vier Millionen Bar und die Temperatur liegt zwischen 4000 °C und 5000 °C, ähnlich der Temperatur der dunklen Flecken an der Sonnenoberfläche.
- Äußerer Erdkern: Der äußere Kern liegt in einer Tiefe zwischen rund 2900 km und 5100 km. Er ist flüssig bei einer Temperatur von ca. 2900 °C und besteht aus einer Nickel-Eisen-Schmelze, die möglicherweise auch geringe Spuren von Schwefel oder Sauerstoff enthält. Im Zusammenwirken mit der Erdrotation ist die bewegliche Eisenschmelze aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit verantwortlich für das Erdmagnetfeld.
- Obere Begrenzung des Erdkerns: Kern-Mantel-Grenze (Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität, D"-Schicht)

Erdmantel

- Unterer Mantel: Der Übergang zwischen äußerem Kern und unterem Mantel ist durch eine sprunghafte Dichteabnahme von 10 auf 5 g/cm³ gekennzeichnet. Ursache dafür ist ein Mineralwechsel, denn der untere Mantel besteht aus schweren Silikaten (Hauptsächlich Magnesium-Perowskit) und einem Gemenge von Metalloxiden wie zum Beispiel Magnesiumoxid und Eisenoxid (zusammen als Magnesiowüstit bezeichnet). Im unteren Mantel, zwischen 660 km und 2900 km Tiefe, herrscht eine Temperatur von etwa 2000 °C. Die thermische Grenzschicht (D"-Schicht) zwischen äußerem Kern und unterem Mantel wird als möglicher Ursprungsort von Plumes angesehen.
- Übergangszone: Der Bereich zwischen 410 km und 660 km Tiefe gilt als Übergang vom oberen zum unteren Mantel, wird gelegentlich jedoch auch schon zum oberen Mantel gerechnet. Die Grenzen orientieren sich an den Tiefen der Mineral-Phasenübergängen des Olivin, dem Hauptbestandteil des oberen Mantels. Da diese Phasenübergänge mit einer Änderung der Dichte und der seismischen Geschwindigkeit einhergeht, zeigen sie sich als Diskontinuitäten und können mit seismologischen Verfahren beobachtet werden.
- Oberer Mantel: Der obere Mantel beginnt in 410 km Tiefe und erstreckt sich bis zur Erdkruste. Er besteht aus Peridotit, der sich aus Olivin und Pyroxen zusammensetzt, sowie einer Granat-Komponente. Der obere Mantel umfasst auch die Asthenosphäre
- Asthenosphäre: Zwischen ca. 100 km und 210 km Tiefe innerhalb des oberen Erdmantel erstreckt sich die Asthenosphäre. Bedingt durch partiell aufgeschmolzenes Gesteinsmaterial zeichnet sich die Asthenosphäre durch reduzierte seismische Geschwindigkeiten und erhöhte Fließfähigkeit ('Fließschicht') aus. Diese Fließfähigkeit ermöglicht die Bewegung der darüber liegenden starren Lithosphärenplatten.
- Obere Begrenzung des Erdmantels: Mohorovičić-Diskontinuität

Erdkruste

Die Erdkruste, auch Lithosphäre genannt (zur Lithosphäre zählt auch noch der äußere starre Teil des oberen Erdmantels), besteht aus zwei sehr unterschiedlichen Strukturen:
- Ozeanische Erdkruste: Die ozeanische Kruste bildet mit ihrer 5-10 km Mächtigkeit eine vergleichsweise dünne Schicht um den Erdmantel. Sie besteht aus riesigen Platten, die ständig in langsamer Bewegung sind und dabei auf der 'Fließschicht' (Asthenosphäre) des oberen Mantels schwimmen. An den Spreizungszonen der Krustenplatten, den mittelozeanischen Rücken, dringen ständig basaltische Magmen empor, die fließbandartig neue ozeanische Kruste produzieren, bestehend aus Basalt und Gabbro. Deshalb wird die ozeanische Kruste mit wachsender Entfernung von den Rücken immer älter. Da sie an Subduktionszonen wieder in den Mantel abtaucht, um erneut aufgeschmolzen zu werden, ist sie nirgendwo älter als 200 Millionen Jahre.
- Kontinentale Erdkruste: Sie besteht aus einzelnen Schollen, die wir auch als Kontinente bezeichnen. Auch die kontinentale Kruste 'schwimmt' auf der Asthenosphäre, dort wo sie als Gebirgsmassiv am höchsten aufragt taucht sie durch ihr Eigengewicht auch am tiefsten ein (Isostasie). Im Detailaufbau zeigt die kontinentale Erdkruste eine Zweiteilung in eine spröde Oberkruste und eine duktile Unterkruste, welche durch Mineralumbildungen (Modifikationswechsel) bedingt und durch die Conrad-Diskontinuität getrennt werden.
- Obere Begrenzung der Erdkruste: Erdoberfläche (darüber Erdatmosphäre) Erdatmosphäre Die Dicke der kontinentalen Kruste iegt zwischen 30 - 60 km Kilometern. Sie setzt sich aus kristallinen Gesteinen zusammen, deren Hauptbestandteile Quarz und Feldspäte bilden. Chemisch ist die kontinentale Kruste zu 47,2 Gewichtsprozent (62,9 Atomprozent bzw. 94,8 Volumenprozent) aus Sauerstoff aufgebaut, bildet also eine dichte 'steinharte' Packung aus Sauerstoff. Im Bereich der Erdkruste und an der Erdoberfläche sind die Gesteine einem ständigen Umwandlungsprozess unterworfen, den man auch als Kreislauf der Gesteine bezeichnet. Selten finden sich Gesteine, die seit der ersten Krustenbildungen in der Erdgeschichte unverändert geblieben sind. Die ältesten je gefundenen Gesteine haben ein Alter von 3,96 Milliarden Jahren.

Erforschung des Schalenbaus der Erde

Unsere Kenntnisse über den Aufbau der Erde stammen aus verschiedenen geophysikalischen Quellen.

Gravimetrie und Isostasie

Erste Hinweise auf das innere Material der Erde ergaben sich aus ihrer mittleren Dichte von 5,5 g/cm³, die man mittels Gravitationsgesetz durch Bestimmung der Erdmasse berechnen konnte. Da oberflächennahe Gesteine im Durchschnitt 2,7 g/cm³ aufweisen, muss das Erdinnere zumindest 2-3mal dichter sein (Eisen hat etwa 8 g/cm³). Messungen der Lotrichtung zeigten schon im frühen 19. Jahrhundert, dass das Erdinnere unter hohen Gebirgen eine geringere Dichte hat. Durch genaue Schwerkraft-Messungen (Gravimetrie) erkannte man bald, dass dort die feste Erdkruste dicker als anderswo ist, und dass der darunter befindliche Erdmantel aus schwereren Gesteinen besteht. Große Gebirgsmassive tauchen wie Eisberge umso tiefer ins Erdinnere, je höher sie sind. Dieses „Schwimm-Gleichgewicht“ nennt man Isostasie. Durch Satellitengeodäsie lassen sich auf ähnliche Art auch tiefere Anomalien des Erdmantels orten.

Bohrungen

Die tiefste Bohrung, die je durchgeführt wurde, fand in Russland auf der Halbinsel Kola statt und führte bis in eine Tiefe von 12 km. Hier konnte die oberste Schicht der kontinentalen Kruste erforscht werden, die an dieser Stelle eine Mächtigkeit von etwa 30 km besitzt. Eine weitere Bohrung, die so genannte Kontinentale Tiefenbohrung (KTB), die 9,1 km erreicht hat, wurde in der deutschen Oberpfalz vorgenommen. Bei einer geplanten Tiefe von 14 km wäre es möglich gewesen, die kontinentale Kruste an der Nahtstelle zu erforschen, an der vor 300 Millionen Jahren die auf dem Erdmantel driftenden Kontinente Ur-Afrika und Ur-Europa kollidierten. Tiefbohrungen bewegen sich im oberen Krustenbereich und können daher nur einen kleinen Einblick ins Erdinnere gewähren. Würde man die Erde auf Apfelgröße verkleinern, so würden unsere tiefsten Bohrungen noch nicht einmal dem Anritzen der Schale entsprechen. Durch Bohrungen in größere Tiefen vorzustoßen übersteigt derzeit die technischen Möglichkeiten, die hohen Drücke (in 14 km Tiefe zirka 4 kbar) und Temperaturen (in 14 km Tiefe zirka 300°C) erfordern neue Lösungen.

Vulkanische Tätigkeit

Die größte Tiefe, aus der Magma an die Erdoberfläche dringt und dabei die verschiedenen Formen des Vulkanismus hervorbringt, findet sich an der Grenzschicht zwischen dem äußeren Kern und dem unteren Mantel, wie das zum Beispiel bei Plumes zu beobachten ist. Das bei einer Eruption zu Tage geförderte Material stammt also teilweise aus dem Mantel und kann entsprechend analysiert werden. Weiteren Aufschluss über die Manteleigenschaften kann man über die Erforschung der mittelozeanischen Rücken gewinnen. Der hier direkt unter der Plattengrenze liegende Mantel steigt auf, um den Raum in den entstehenden Lücken zu füllen. Normalerweise schmilzt das Mantelgestein dabei durch die Druckentlastung und bildet nach Erkalten die neue Ozeankruste auf dem Meeresboden. Diese rund 8 km mächtige Kruste versiegelt den Zugang zum ursprünglichen Mantelgestein. Eine interessante Ausnahme bildet möglicherweise der mittelozeanische Rücken zwischen Grönland und Russland, der Gakkel-Rücken, der der langsamste spreizende Rücken der Erde ist (weniger als 1 cm pro Jahr). Der Erdmantel steigt hier nur sehr langsam auf. Daher bildet sich keine Schmelze und in Folge dessen auch keine Kruste. Das Mantelgestein könnte also direkt am Meeresboden zu finden sein.

Seismik

Die Erde wird täglich von Erdbeben erschüttert, die weltweit von Messstationen registriert werden. Wäre die Erde ein homogener Körper, könnte man genau ausrechnen, wann die sich gleichmäßig in alle Richtungen durch den Erdkörper ausbreitenden Erdbebenwellen bestimmte Orte erreichen. Die tatsächlichen Beobachtungen widerlegen diese Annahme. Die seismischen Signale treten verzögert oder vorzeitig auf. Das lässt nur eine Schlussfolgerung zu: Die seismischen Wellen durchqueren Materie unterschiedlicher Dichte, denn je flüssiger Materie ist, desto langsamer wird sie von Erdbebenwellen durchquert. Im Jahre 1912 hatte Beno Gutenberg erstmals die Grenze zwischen dem silikatischen Mantelmaterial und dem Nickel-Eisen-Kern in einer Tiefe von 2900 km ausgemacht. Kurz zuvor entdeckte der kroatische Geophysiker Andrija Mohorovicic die nach ihm benannte Unstetigkeitsfläche zwischen Erdkruste und Erdmantel. Beides war möglich, weil markante Sprünge in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Erdbebenwellen - so genannte 'seismische Diskontinuitäten' - gemessen werden konnten. Neben den seismischen Diskontinuitäten lassen sich auch 'chemische Diskontinuitäten' beobachten. Sie beruhen auf einer plötzlichen Änderung der chemischen Zusammensetzung im Erdinneren. Im Allgemeinen stimmen beide Diskontinuitäten an den Grenzen Kern-Mantel und Mantel-Kruste überein. Es gibt jedoch Ausnahmen: In der 'Übergangszone' gibt es Dichtesprünge ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung. Man geht davon aus, dass sie durch Phasenumwandlung entstanden sind, wobei sich ein Mineral in einer bestimmten Tiefe in ein neues, dichteres Mineral derselben Zusammensetzung umbildet.

Meteoriten, Alter der Erde

Unsere Vorstellungen über den Stoffbestand des Erdinneren beruhen neben den oben genannten Methoden auf Analogieschlüssen anhand der Zusammensetzung von Meteoriten. Meistens wird angenommen, dass die chemische Gesamtzusammensetzung der Erde ähnlich derjenigen von chondritischen Meteoriten ist, da diese vermutlich wiederum den Planetesimalen, aus denen die Erde gebildet wurde, ähneln. Die weitaus überwiegende Zahl der Meteorite stammen von Asteroiden aus dem Asteroidengürtel. Hin und wieder bewirken Bahnstörungen, dass kleine Körper als Meteoriten auf die Erdoberfläche stürzen. Rund ein Zehntel besteht fast gänzlich aus Eisen, der Rest aus verschiedenen Gesteinen. Grob vereinfacht kann man sagen, dass reine 'Eisen-Meteorite' und 'Stein-Eisen-Meteorite' aus dem Kern bzw. dem Übergangsbereichh Kern-Mantel von differenzierten Asteroiden stammen, 'Stein-Meteorite' von undifferenzierten Asteroiden oder aus dem Mantel oder Kruste von differenzierten Asteroiden. Meteoriten spielen eine große Rolle in der Datierung des Sonnensystem und auch der Erde. So wurde auf das Alter der Erde von 4,55 Milliarden Jahren zuerst in den 1950ern von Clair Cameron Patterson und Fritz G. Houtermans mittels Uran-Blei-Datierung an dem Eisenmeteoriten Canyon Diablo geschlossen. Datierungsmethoden basierend auf anderen Isotopensystem (zum Beispiel ⁸⁷Rb-⁸⁷Sr, ¹⁴⁷Sm-¹⁴³Nd) haben seither dieses Alter bestätigt. Das älteste auf der Erde gefundene Material sind Zirkon-Kristalle in Westaustralien mit einem Alter bis zu 4,4 Milliarden Jahre, was somit eine untere Grenze des Erdalters bildet. Kategorie:Geophysik

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

Kugel

Eine Kugel ist in der Mathematik die Kurzbezeichnung für Kugelfläche und Kugelkörper. In der Physik kommen dazu noch Impuls, Drehimpuls und Materialeigenschaften wie Masse, Elastizität, Leitfähigkeit, Lichtbrechung.

Kugelfläche und Kugelkörper

Die Kugelfläche ist die bei der Drehung einer Kreislinie um einen Kreisdurchmesser entstehende Fläche. Sie ist eine Rotationsfläche sowie eine spezielle Fläche zweiter Ordnung und wird beschrieben als die Menge (der geometrische Ort) aller Punkte im dreidimensionalen euklidischen Raum, deren Abstand von einem festen Punkt des Raumes gleich einer gegebenen positiven reellen Zahl r ist. Der feste Punkt wird als Mittelpunkt oder Zentrum der Kugel bezeichnet, die Zahl r als Radius der Kugel. Die Kugelfläche teilt den Raum in zwei getrennte offene Untermengen, von denen genau eine konvex ist. Diese Menge heißt das Innere der Kugel. Die Vereinigungsmenge einer Kugelfläche und ihres Inneren heißt Kugelkörper. Die Kugelfläche wird auch Kugeloberfläche oder Sphäre genannt. Sowohl Kugelfläche als auch Kugelkörper werden oft kurz als Kugel bezeichnet, wobei aus dem Zusammenhang klar sein muß, welcher der beiden Begriffe gemeint ist. Eine Kugelfläche mit Mittelpunkt (x₀, y₀, z₀) und Radius r ist die Menge aller Punkte (x,y,z), für die :

(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2 + (z - z_0)^2 = r^2

erfüllt ist. Die Punkte auf der Kugelfläche mit dem Radius r und dem Zentrum im Ursprung können wie folgt parametrisiert werden: :

x = r \cdot \sin \theta \cdot \cos \varphi

y = r \cdot \sin \theta \cdot \sin \varphi \qquad (0 \le \theta \le \pi \ \wedge 0 \le \varphi < 2 \pi)

z = r \cdot \cos \theta

Bild:Kugelkoordinaten.PNG Siehe auch: Trigonometrische Funktionen, sphärische Polarkoordinaten (Kugelkoordinaten)

Kugelsegmente und Kugelabschnitte

Bringt man eine Ebene mit einer Kugel zum Schnitt, so heißen die beiden dabei entstehenden Teilkörper Kugelsegmente oder Kugelabschnitte. Der gekrümmte Teil der Oberfläche eines Kugelsegments wird Kugelkalotte oder Kugelhaube genannt.

Formeln

Begründung der Volumenformel

Nach einer Überlegung des griechischen Mathematikers Archimedes gibt es zu einer Halbkugel mit Radius r einen Vergleichskörper, dessen Volumen mit dem der Halbkugel übereinstimmt, aber einfach zu berechnen ist. Dieser Vergleichskörper entsteht dadurch, dass man aus einem Zylinder (genauer: einem geraden Kreiszylinder) mit Grundflächenradius r und Höhe r einen Kegel (genauer: einen geraden Kreiskegel) mit Grundflächenradius r und Höhe r herausnimmt. Bild:KugelCavalieri.png Zum Nachweis, dass die Halbkugel und der Vergleichskörper gleiches Volumen haben, kann man das Prinzip von Cavalieri heranziehen. Dieses Prinzip beruht auf der Idee, die betrachteten Körper in unendlich viele Scheiben infinitesimaler (unendlich kleiner) Dicke zu zerlegen. (Eine Alternative zu diesem Verfahren wäre die Anwendung der Integralrechnung.) Nach dem erwähnten Prinzip untersucht man für beide Körper die Schnittflächen mit den Ebenen, die zur jeweiligen Grundfläche parallel sind und von dieser einen vorgegebenen Abstand h haben. Im Falle der Halbkugel ist die Schnittfläche eine Kreisfläche. Der Radius s dieser Kreisfläche ergibt sich aus dem Satz des Pythagoras: :

s^2 + h^2 \, = \, r^2

Damit erhält man für den Inhalt der Schnittfläche :

A_1 \, = \, s^2 \pi = (r^2 - h^2) \pi = r^2 \pi - h^2 \pi

. Im Falle des Vergleichskörpers ist die Schnittfläche dagegen ein Kreisring mit Außenradius r und Innenradius h. Der Flächeninhalt dieser Schnittfläche ist demzufolge :

A_2 \, = \, r^2 \pi - h^2 \pi

. Für einen beliebigen Abstand h zur Grundfläche stimmen die beiden Schnittflächen also im Flächeninhalt überein. Damit ist gezeigt, dass die Halbkugel und der Vergleichskörper das gleiche Volumen haben. Das Volumen des Vergleichskörpers und damit auch der Halbkugel lässt sich nun leicht berechnen. Man muss nur vom Zylindervolumen das Kegelvolumen subtrahieren. :

V_ \, = \, r^2 \pi \cdot r = r^3 \pi

Volumen Zylinder :

V_ \, = \, \frac \cdot r^2 \pi \cdot r = \frac r^3 \pi

V_ \, = \, V_ \, = r^3 \pi - \frac r^3 \pi = \frac r^3\pi

Daher gilt für das Volumen der (Voll-)Kugel:

V_ \, = \, 2 \cdot V_ = \frac r^3 \pi

Herleitung der Volumenformel mit Hilfe der Integralrechnung

Radius im Abstand x :

s =\sqrt \,

Kreisfläche im Abstand x :

A_x  = s^2 \pi \,

Volumen der Kugel

V

V = \int_^r  = \int_^r   = \int_^r  \pi dx  = \int_^r  \pi dx - \int_^r  \pi dx

V = r^2 \pi \left[ x \right]_^r  - \pi \left[  \right]_^r

V = r^2 \pi \left[ r - (-r)\right]-\pi \left[r^3-(-r)^3\right] = 2\pi r^3 - \pi r^3  = \pi r^3

Auf die gleiche Weise kann man das Volumen eines Kugelsegments

V_

der Höhe

h

berechnen :

V_ = \int_^r  = r^2 \pi \left[ x \right]_^r  - \pi \left[  \right]_^r

V_ = r^2 \pi \left[ r - (r-h)\right]-\pi \left[r^3-(r-h)^3\right] = \pi r^2 h - \pi \left[r^3 - (r^3 - 3r^2 h + 3r h^2 - h^3) \right]

V_ = \pi r^2 h - \pi r^2 h + \pi r h^2 - \pi h^3 =  (3r-h)

Weitere Herleitungen

Die Kugel lässt sich durch die Gleichung :

K: x^2 + y^2 + z^2 = R^2

beschreiben, wobei

x,y,z

die Raumkoordinanten sind und

R

den Radius darstellt. Über die Integralrechnung lässt sich dieses Problem leicht auf zwei Arten lösen: Wir parametriseren die Kugelfläche :

\begin r ~ \sin\vartheta ~ \cos \varphi \\ r ~ \sin\vartheta ~ \sin\varphi \\ r ~ \cos \vartheta \end \qquad (0 \leq \vartheta \leq \pi , 0 \leq \varphi \leq 2\pi)

Das benötigte Volumenelement

\mathrmV

ergibt sich über die Funktionaldeterminante :

\det\frac = r^2 \sin\vartheta.

Somit ist das Volumenelement :

\mathrmV = r^2 \sin\vartheta\mathrm dr\mathrm d\varphi\mathrm d\vartheta.

Das Volumen der Kugel lässt sich so leicht berechnen: :

\int_K\mathrm dV = \int_0^\pi \int_0^ \int_0^R r^2 \sin \vartheta \mathrm dr \mathrm d\varphi \mathrm d\vartheta

= \underbrace_ \underbrace_ \underbrace_

= \frac\pi R^3.

Eine zweite Möglichkeit besteht über die Polarkoordinaten: :

\int_K\mathrm dV = \iint\limits_\left(\int\limits_^\mathrm dz\right) \mathrm dy \mathrm dx

= \iint\limits_2\sqrt\mathrm dy\mathrm dx

mit Polarkoordianten

r^2 = x^2 + y^2

erhält man: :

= \int\limits_0^\int\limits_0^R 2r\sqrt\mathrm dr\mathrm d\varphi

= 2\pi\int\limits_0^R 2r\sqrt\mathrm dr

= 2\pi (-1) \frac\left[\sqrt\right]_^R = \frac\pi R^3.

Eigenschaften

Die Kugel besitzt unendlich viele Symmetrieebenen, nämlich die Ebenen durch den Kugelmittelpunkt. Ferner ist die Kugel drehsymmetrisch bezüglich jeder Achse durch den Mittelpunkt und jedes Drehwinkels und punktsymmetrisch bezüglich ihres Mittelpunktes. Die Kugel hat die kleinste Oberfläche von allen Körpern mit einem vorgegebenen Volumen. Von allen Flächen mit vorgegebenen Flächeninhalt umschließt sie das größte Volumen. Aus diesem Grund tritt die Kugel auch in der Natur auf: Blasen (siehe Seifenblase) und Wassertropfen sind Kugeln (ohne Berücksichtigung der Gravitation), weil die Oberflächenspannung versucht, die Oberfläche zu minimieren. Planeten sind Kugeln, weil sie bei ihrer Entstehung flüssig waren und die Kugel die Form mit der größten Gravitations-Bindungsenergie ist. Der einer Kugel umschriebene Zylinder hat das 3/2-fache Volumen der Kugel. Das sowie die Oberflächen- und Volumen-Formeln waren bereits dem Griechen Archimedes in der Antike bekannt. Eine Kugel kann auch als Rotationskörper aufgefasst werden: Lässt man eine Halbkreisfläche um ihren Durchmesser rotieren, so entsteht dadurch eine Kugel. Wird der Kreis durch eine halbe Ellipsenfläche ersetzt, ergibt sich stattdessen ein Rotationsellipsoid (auch Sphäroid genannt).

Verallgemeinerung

Der Begriff der Kugel lässt sich auf andere Dimensionen übertragen. Analog zur dreidimensionalen Vollkugel ist für eine natürliche Zahl n eine n-dimensionale Kugel definiert als Menge aller Punkte des n-dimensionalen euklidischen Raumes, deren Abstand zu einem gegebenen Punkt (dem Mittelpunkt) höchstens gleich einer positiven reellen Zahl r (dem Radius) ist. Den Rand der n-dimensionalen Kugel, also die Menge aller Punkte, deren Abstand vom Mittelpunkt gleich r ist, bezeichnet man als (n-1)-Sphäre. Wenn man ohne weitere Angaben von der n-dimensionalen Kugel spricht, meint man meist die n-dimensionale Einheitskugel; in diesem Fall liegt der Mittelpunkt im Ursprung des Koordinatensystems, und der Radius ist gleich 1. Nach dieser Definition ist eine 3-dimensionale Kugel also eine gewöhnliche Kugel; ihre Oberfläche entspricht einer 2-Sphäre. Eine 2-dimensionale Kugel ist ein Kreis, der zugehörige Kreisrand eine 1-Sphäre. Eine 1-dimensionale Kugel schließlich ist eine Strecke, wobei die beiden Streckenendpunkte als 0-Sphäre aufgefasst werden können. Hinweis: Diese Begriffe werden nicht einheitlich verwendet. Sphären im Sinne der hier gegebenen Definition werden zuweilen Kugeln genannt. Außerdem sprechen manche Autoren von n-Sphären, wenn sie (n-1)-dimensionale Sphären im n-dimensionalen Raum meinen. Das n-dimensionale Volumen einer n-dimensionalen Kugel mit dem Radius r ist

r^n \frac

. Hier ist

\Gamma

die Gammafunktion, eine kontinuierliche Erweiterung der Fakultät. Den (n-1)-dimensionalen Inhalt der (n-1)-dimensionalen Oberfläche, also der (n-1)-Sphäre erhält man durch Ableitung des Volumens nach dem Radius:

n \cdot r^ \frac

Eine n-Sphäre ist ein Beispiel einer kompakten n-Mannigfaltigkeit.

Siehe auch

Sphäre, sphärische Geometrie, Kugelzweieck, Kugeldreieck, Ball, Kugelmühle

Weblinks

- [http://www.walter-fendt.de/m14d/kugelvolumen.htm Java-Applet zum Kugelvolumen] (erfordert Installation von Java 1.4) Kategorie:Topologie Kategorie:Raumgeometrie ja:球面 ko:구 (기하) simple:Sphere

Pol (Geographie)

Als Pol bezeichnet man in der Geografie die Schnittpunkte der durch den Schwerpunkt verlaufenden Rotationsachse eines Himmelskörpers mit seiner Oberfläche. Auf der Erde sind es folglich die Schnittpunkte der Erdachse mit der Erdoberfläche. Die Bezeichnungen Nord- und Südpol werden so festgelegt, dass sich der Himmelskörper vom Nordpol in Richtung Mittelpunkt gesehen im Gegenuhrzeigersinn um seine Achse dreht. Ein Himmelskörper, dessen Rotationsachse in einem großen Winkel zur Umlaufbahn um die Sonne steht (bei der Erde und den meisten Planeten des Sonnensystems) hat eine geringe Sonneneinstrahlung an den Polen. Dort sind die Temperaturen daher geringer als etwa am Äquator; bei geeigneten Atmosphärenbedingungen bilden sich unter solchen Umständen Polkappen aus kondensierten Stoffen (Wassereis auf der Erde, Kohlendioxideis auf dem Mars). Siehe auch Erdmagnetfeld, Pol Kategorie:Geographie

Erdellipsoid

Ein Erdellipsoid ist ein Rotationsellipsoid, das sich der ganzen Erde anschmiegt - genauer gesagt: dem Geoid - und das für globale Berechnungen in Geowissenschaften und Astronomie verwendet wird. Es entsteht aus einem Referenzellipsoid, wenn dessen Datenbereich groß genug wird, bis sie mehrere Kontinente umfassen oder wegen geophysikalischer Einflüsse wie der Isostasie reduziert werden. Die kleine Tabelle zeigt die Entwicklung unserer Kenntnis vom mittleren Äquatorradius und der Erdabplattung seit Friedrich Wilhelm Bessel 1841. Das Bessel-Ellipsoid ist Eurasien ideal angepasst, sodass sein 800m-"Fehler" für die Geodäsie Europas günstig ist - ähnlich wie die gegenteiligen 200m des Hayford-Ellipsoids (nach John Fillmore Hayford) für Amerika. Die Genauigkeitssteigerung bei der Abplattung f=(a-b)/a (Differenz der Ellipsoid-Achsen rund 21km) hängt mit dem Start der ersten künstlichen Satelliten zusammen, welche durch f sehr deutliche Bahnstörungen zeigten. Erdellipsoid große Achse Abplattung Datenbasis und Jahr a (Meter) (1/f) Bessel 1841 6377 397.155 299.1528 Europa, Russland, Indien, Japan, Argentinien Helmert 1906 6378 200.000 298.30 1.geophys.Reduktionsversuch Internat.Ell. 1924 6378 388.000 297.00 Hayford (incl.USA, Isostasie) Krassowski 1940 6378 245.000 298.30 Internat.Ell. 1967 6378 165.000 298.250 satellitengeodätisch gestützt GRS 80 Geod.Ref.Sy. 6378 137.000 298.257222 Genauigkeit 1-2m WGS72 World System 6378 135.000 298.26 WGS84 World System 6378 137.000 298.257224 für GPS-Satellitengeodäsie. Siehe auch: Erdfigur Kategorie:Geodäsie Kategorie:Erde

Geoid

Die Erdmassenverteilung im Inneren der Erde ist nicht gleichmäßig. Aus diesem Grunde werden Lote von ihrer erwarteten Lotrichtung aus in Richtung einer schweren Masse im Erdinneren abgelenkt (Lotabweichung). Auf dem Meer bildet sich die Oberflächenform derart aus, dass sie versucht, sich den Massenverteilungen bestmöglich anzupassen, sie befindet sich dann in einem Gleichgewichtszustand. Diese Fläche stellt sowohl eine Niveaufläche als auch eine Äquipotenzialfläche dar. Denkt man sich diese Äquipotenzialfläche unter der Erdoberfläche der Kontinente als fortgesetzt, dann führt dies auf das Geoid. Das Geoid ist also keine Näherungsfigur der Erde, sondern stellt die wahre Figur der Erde in Form einer Äquipotenzialfläche dar. Das geophysikalische Geoid stellt keine Rechenfläche für die Landesvermessung dar, die eine geometrische, ebene Rechenfläche benötigt: das Ellipsoid (siehe z.B.: GRS80 oder WGS84). Die Höhendifferenz auf der Normalen zwischen dem Ellipsoid und dem Geoid bezeichnet man in der Geodäsie als Geoidundulation oder auch mit dem identischen Begriff Geoidhöhe. Während das genannte Referenzellipsoid die mathematische beste Näherung der Erdfigur darstellt, benutzen Geophysiker häufig als Referenzfigur die hydrostatische Gleichgewichtsfigur der rotierenden, radialsymmetrischen Erde, das sogenannte hydrostatiche Sphäroid. Wie die Abbildung unten zeigt, weicht das Geoid um bis über 100m von den genannten Referenzflächen ab. Da das Geoid selbst nur schwer messtechnisch zu erfassen ist, verwendet man in der Praxis ein sogenanntes Quasigeoid. In Deutschland wurde dieses Quasigeoid aus ETRS89-Daten, Höhen des DHHN92, gravimetrischen Messungen und einem globalen Geopotenzialmodell (EGM96) abgeleitet. DHHN92 DHHN92 Das Geoid ist die natürliche Bezugsfläche der Höhenmessung und durch wichtige Pegel an Küstenstationen realisiert – z.B. Normalnull (NN) von Amsterdam oder Meter über Adria von Triest. Erste Erwähnung fand das Geoid bereits bei Listing 1871, der es als Fläche gleichen Schwerepotenzials bezeichnete. Das Geoid ist ein physikalisches Modell der Erdfigur, das von Gauß (1828) und Johann Benedict Listing (1808-1882, Namensgebung Geoid 1872) entwickelt wurde – im Gegensatz zum geometrischen Modell des Erdellipsoids. Es steht überall senkrecht auf der Lotrichtung – was ja beim mittleren Meeresspiegel selbstverständlich ist.

Geoidbestimmung

Die derzeit genaueste Geoidbestimmung erfolgt durch die Satelliten CHAMP und GRACE. Bei solcher Geoidbestimmung mit Satelliten analysiert man jene Bahnstörungen, die durch die Unregelmäßigkeit der Erdfigur und der Massenerteilungen im Erdinnern auf Umlaufbahnen wirken. Man kann aber auch vom Satellit mittels Altimetrie die Form der Meeresoberfläche direkt messen. Hierbei stellte man allerdings fest, dass die mittlere Meeresoberfläche (also Gezeiten und Wellen herausgemittelt) um bis zu 10 cm von der Geoidfläche abweicht. Die Meeresoberfläche stellt also genaugeommen nicht exakt eine Niveaufläche dar, sondern weicht aufgrund großräumiger Meereströmungen minimal davon ab. Die Geoidbestimmung kann außerdem mit Methoden der Astrogeodäsie oder gravimetrisch erfolgen. Die Methode des Astro-Geoids (Messung der Lotabweichung) wurde schon vor 100 Jahren erprobt und war lange Zeit die genaueste, erfordert aber festen Boden. Derzeit wird sie an der Universität Hannover und der Technischen Universität Wien mittels CCD automatisiert. Bei der Gravimetrie wird das Geoid über die Messung der Schwerkraft bestimmt. Das Problem hierbei ist, dass man die Schwerkraft flächig und großräumig messen muss, um das Geoid an einzelnen Punkten zu bestimmen. Daher ist global diese Methode zu ungenau, regional lässt sich die Genauigkeit des Geoids jedoch durch Schweremessungen verbessern. Vereinzelt besteht die irrige Meinung, dass überall auf dem Geoid die Schwerkraft g denselben Betrag hat. Das ist auf Niveauflächen schon wegen der Fliehkraft der Erdrotation unmöglich. Vom Pol zum Äquator sinkt g von 9,83 auf 9,78 m/s².

Siehe auch:

Kugel, Geodäsie, Kartografie, Satellitengeodäsie Potenzial, Geopotenzial, Äquipotenzialfläche, Erdschwerefeld, Niveaufläche,Gravitationsfeld Erdbeschleunigung, Schwerkraft, Schweregradient, Schwereanomalie Quasigeoid, Rotationsellipsoid, Erdellipsoid Geoidbestimmung, Gravimetrie (Geophysik), Gravimeter

Literatur

[1] Reigber, Christoph; Schwintzer, Peter: Das Schwerefeld der Erde. Physik in unserer Zeit 34(5), S. 206 - 212 (2003), ISSN 0031-9252. [2] Groten, Erwin: Geodesy and the Earth's Gravity Field - Vol.I Principles and Conventional methods; Bonn, 1979. [3] Intergovermental Committee On Surveying & Mapping: Geocentric Datum of Australia - Technical Manual, Version 2.2; [http://www.icsm.gov.au/icsm/gda/gdatm/gdav2.2.pdf PDF], Stand: 2005. [4] Torge, Wolfgang: Geodäsie; Berlin, New York, 1975. [5] Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG): Geoid / Schwerefeldmodellierung; [http://www.bkg.bund.de/Geodaesie/g_hoehe_geoid.htm BKG], Stand: 2005.

Weblinks

- http://www.pimath.de/geo/geo3.html (mit Vorbehalt; populäre Darstellung)
- http://olimpia.topo.auth.gr/GG2002/SESSION2/Kuehtreiber.pdf (Theorie)
- [http://www.lverma.nrw.de/produkte/druckschriften/infomaterial/images/normalhoehen_lq.pdf Normalhöhen in Nordrhein-Westfalen]
- http://www.geocities.com/CapeCanaveral/1224/savpub/savpub-23.htm
- [http://gibs.leipzig.ifag.de/cgi-bin/geoid.cgi?de Geoidhöhenberechnung] Kategorie:Geodäsie Kategorie:Erde

Berg

Ein Berg ist eine Erhebung im Gelände und im Gegensatz zu einem Hügel meist höher oder steiler. Berge können spitz, schroff, blockartig, (un)symmetrisch oder als Tafelberg auch flach sein. Sie können frei in der Landschaft stehen (wie z. B. Israels Berg Tabor), sind jedoch meist Teil eines Gebirges. Gebirge

Relatives, Mythisches und Absolutes

Was dabei als „hoch“ angesehen wird, ist stets relativ zur umgebenden Landschaft. So würden die Dammer Berge in Niedersachsen (115 bis 146 m) in der Schweiz nur als Hügel gelten, wofür man in Deutschland oder auch in Österreich die Grenze bei etwa 300 m ansetzt. Der Himmelsbjerget (Himmelsberg) als höchster Berg Dänemarks misst gerade einmal 170 m, und der Wilseder Berg überragt mit 169 m über NN nicht nur die Lüneburger Heide, sondern den Umkreis von 100 Kilometer. Die Schroffheit von Bergen ist hingegen der Grund dafür, dass man bei Müllbergen nicht von Müllhügeln spricht, was der Höhe nach angemessener wäre. Die Schartenhöhe und die Dominanz einer Erhebung können als Kriterien herangezogen werden, um einen Gipfel als selbstständigen Berg zu klassifizieren. Im Hochgebirge gilt z.B. eine Schartenhöhe von ca. 100 m bis 300 m und eine Dominanz von ca. 1 km bis 3 km als Mindestmaß, um von einem eigenständigen Berg zu sprechen. Um viele markante Berge ranken sich Sagen und Mythen, in denen dem Berg selbst eine Persönlichkeit zugeschrieben wird. Seit dem 19. Jahrhundert wurden Berge als „Sportgeräte“ für den Alpinismus entdeckt, im Laufe des 20. Jahrhunderts entstand parallel zum traditionellen Bergsteigen das Extremklettern. Auch andere alpine Sportarten fanden zahlreiche Anhänger, etwa Skifahren, Snowboarden oder Skitouren. Berge stehen für Beständigkeit und Unveränderlichkeit und finden in diesem Sinne in vielen Sprichworten Erwähnung: „Wenn der Berg nicht zum Prophet kommt, muss der Prophet zum Berg gehen“. Viele Menschen fühlen sich am Berg „dem Himmel näher“, und dieses Erlebnis ist Anregung zu Nachdenken oder Gebet. Als „Leiter zu Gott“ tragen daher viele niedrige bis mittelhohe Berge eine Kapelle oder Gedenkstätte. In den Hochgebirgen Europas und Amerikas tragen sie meist ein Gipfelkreuz. Gipfelkreuz Viele Berge sind wegen ihres Rundblicks bekannt oder beliebt, und wenn dieser durch Wald behindert ist, errichtet man eine Aussichtswarte. Häufig sind Vermessungspunkte oder besser trigonometrische Punkte nahe beim Gipfel unerlässlich.

Entstehung von Bergen

Hauptartikel: Gebirgsbildung Berge sind in der Regel eine Folge der Plattentektonik der Erde oder vulkanischen Ursprungs. Bewegen sich zwei Platten der Erdkruste gegeneinander, so wird an der „Knautschzone“ oft ein Gebirgszug aufgeschoben. Deren Berge zeichnen sich durch schroffe Gestalt und große Höhe aus. Herausragende Beispiele sind die Berge des Himalaya und der Anden, aber auch von Alpen, Balkan oder Zagros.
Mit zunehmendem geologischen Alter trägt die Erosion dazu bei, dass die Formen milder werden und die Gebirge niedriger. Beispiele dazu bieten die deutschen Mittelgebirge. Mancher Steilhang im Hochgebirge macht sichtbar, dass Stein durchaus verformbar ist: es gibt Gebirgs-Falten im Ausmaß hunderter Meter, und Schichten, die wie ein Stapel Papier verbogen sind. Fast jedes Gestein gibt nach, wenn die jährliche Bewegung nur einige mm ausmacht. Auf raschere Kräfte reagiert es spröde – vergleichbar dem Siegellack – und bricht. Oft bringt die Tektonik oder Erosion die verschiedenen Gesteinsarten, aus denen viele Berge bestehen, ans Tageslicht, was zum Beispiel im Steinbruch interessante Einsichten (und sogar Fossilien) bringen kann. Auch Erze und Bergwerke sind ein Zeichen dieser Vielfalt. Oft wurden im Laufe der Erdgeschichte an ältere Berge auch Sandsteinschichten oder Korallenriffe angelagert (Jura, Dachstein, Leithagebirge, Westerwald). Im Bereich von Subduktionszonen, wo sich eine Platte der Erde unter eine andere schiebt, wird die untere aufgeschmolzen. Die heiße Schmelze ist leichter als ihre Umgebung und dringt nach oben. Die ist eine Ursache des Vulkanismus, der ebenfalls für das Entstehen vieler Berge verantwortlich ist. Eine in polnahen Gebieten vorkommende Gebirgsbildung ist die der Reliefumkehr: eine Mulde wird von Gletschern mit Geröll aufgefüllt, wobei der Untergrund durch das Gewicht des Eises unter Druck steht. Ziehen sich die Gletscher zurück, entspannt sich der Untergrund, und die Geröllfüllung kann teilweise über die Höhe der Umgebung empor gehoben werden. So entstandene Erhebungen sind zum Beispiel am Münsterländer Kiessandzug zu beobachten. Häufiger ist hingegen zu beobachten, dass ältere Bergschichten durch ihre größere Härte stehen bleiben, während jüngere schneller verwittern. Berge können auf der Erde kaum höher als 9 km emporragen. Dies liegt daran, dass die Basis des Bergs sich ab dieser Höhe aufgrund des enormen Drucks verflüssigt und so die Maximalhöhe festgelegt wird.

„Schwimmende“ Gebirge und Schwerkraft

„Junge“ Gebirge schwimmen quasi auf dem Erdmantel, weil die Dichte ihrer Gesteine (etwa 2,5 bis 3 g/cm³) geringer ist als im basaltähnlichen Untergrund (Dichte rund 3,3 g/cm³). Dadurch könnte man Bergregionen mit schwimmenden Eisbergen vergleichen, doch ist ihr „Schwimmgleichgewicht“ nur zu 90-95 % gegeben (Isostasie). Sie verdrängen beim Eintauchen dichtere Gesteine, wodurch Schwereanomalien entstehen. Diese Anomalien kann man mit Methoden der Geophysik und Geodäsie untersuchen und so das Erdinnere erforschen.
„Ältere“ Berg-Ketten sind dagegen schon mehr abgetragen und in der Folge etwas eingesunken, wodurch sie sich mit der Umgebung zu fast 100 % im hydrostatischen Gleichgewicht befinden. Messungen des Erdschwerefeldes zeigen hier keinen größeren Effekt mehr. Aktive oder ehemalige feuerspeiende Berge nennt man Vulkane.

Siehe auch

- Liste der Berge, Gebirge, Gebirgszug, Gebirgsbildung, Gora, Hochgebirge,
- Bergell, Bergfried, Kalvarienberg, Karling, Seven Summits
- Zweitausender, Dreitausender, Viertausender, Achttausender

Weblinks

- [http://www.bergbuch.info Wo finde ich Informationen zu Bergbüchern bzw. Alpinliteratur?]
- [http://www.engeler.de/dallapiccola.html Antwort auf die Frage: Was ist ein Berg?]
- [http://theologie.uni-hd.de/wts/religionsphilosophie/Wer%20suchet-Vorl2.ppt Bergsteigen als Philosophie – Mont Ventoux, Petrarca 1336]
- [http://www.bueropetri.de/usa/Zion_Nat._Park/zion_nat._park.html Bergformen und -schichten im Zion-Nationalpark, USA]
- [http://perso.club-internet.fr/nuts/DEUTSCH/galerie.htm Kleine Bildergalerie, französische Alpen]
- [http://www.ga.com.pl/tatry21.htm Kleine Bildergalerie, polnische Hohe Tatra] Kategorie:Physische Geographie ja:山 ko:산 ms:Gunung simple:Mountain

Chimborazo

Der inaktive Vulkan Chimborazo (Tschimborasso) ist mit 6.310 m Höhe über dem Meeresspiegel der höchste Berg in Ecuador. Sein Durchmesser beträgt an der Basis etwa 20 km. Sein Gipfel ist der äußerste Punkt der Erde.

Lage

Der Chimborazo liegt in der Westkordillere der ecuadorianischen Anden in der nach ihm benannten Provinz. Die wichtigsten Städte in seiner Umgebung sind Riobamba (etwa 30 km südöstlich), Ambato (etwa 30 km nordöstlich) und Guaranda (etwa 40 km südwestlich des Berges). Der obere Teil des Berges ab ca. 5.100 m ist vergletschert.

Vulkanismus

Der Vulkanismus am Chimborazo ist Folge der Plattentektonik. Der erloschene Stratovulkan ist nach Schätzung seit über 10.000 Jahren nicht mehr aktiv.

Geschichte

Stratovulkan Der Name stammt wahrscheinlich aus der Quechuasprache: chimbana – queren/passieren und rasu – Schnee, also „Weg im Schnee“. 1565 sah der Italiener Girolamo Benzoni als erster Europäer den Berg. Er beschrieb ihn mit einer Höhe von 40 Miglia (Meilen). Einen ersten Besteigungsversuch wagte bereits Alexander von Humboldt zusammen mit Aimé Bonpland und Carlos Montúfar am 23. Juni 1802, sie erreichten eine Höhe von ca. 5600 m (ihre eigene damalige Schätzung betrug 5900 m). Der Beschreibung des Aufstiegs durch Humboldt verdanken wir die erste genaue Schilderung der Symptome von Höhenkrankheit. Humboldt verbrachte mehrere Tage am Berg. Er skizzierte ihn und ließ sich mit ihm im Hintergrund abbilden. Im Dezember 1831 scheiterte auch der Naturforscher Jean Baptiste Boussingault aus Frankreich. Den Gipfel erreichte als erste eine britisch-italienische Seilschaft bestehend aus Edward Whymper, Jean Antoine Carrel und Louis Carrel am 4. Januar 1880. Die Schutzhütte auf der Südwestseite unterhalb des Gletschers auf 5000 m wurde zu Ehren des Erstbesteigers "Edward-Whymper-Hütte" benannt. Da viele Kritiker die gelungene Erstbesteigung anzweifelten, führte Whymper noch im selbigen Jahr eine zweite Besteigung über eine neue Route (von Pogyos im Westen her) mit den zwei Ecuadorianern David Beltrán und Francisco Campaña durch.

Höhe

Francisco Campaña Francisco Campaña]] Der Chimborazo galt vor der Vermessung des Himalaya als der höchste Berg der Erde überhaupt. Die Messungen George Everests im Jahr 1856 zeigten jedoch, dass viele Himalaya-Gipfel, insbesondere der Mount Everest deutlich höher liegen als der Chimborazo. Selbst in den Anden kennt man nun viele höhere Berge und Vulkane, deren höchster der Aconcagua mit 6959 m Höhe ist. Nach der üblichen Messmethode ab Normalnull (Meeresspiegel) beträgt die Höhe des Chimborazo nur 6310 Meter. Vom Erdmittelpunkt aus gemessen ist er hingegen tatsächlich der höchste Berg der Erde. Der Unterschied resultiert daraus, dass die Erde aufgrund der Rotation und der sich daraus ergebenden Fliehkraft keine perfekte Kugel ist, sondern ein Rotationsellipsoid, dessen Radius an den Polen kleiner und am Äquator größer ist. Nimmt man den Erdmittelpunkt als Bezugspunkt, übertrifft der Chimborazo mit 6.384.557 m den Mount Everest (6.382.414 m) um mehr als zwei Kilometer. In dieser Rangfolge muss sich der Mount Everest sogar mit Platz sechs begnügen, da der Himalaya relativ weit nördlich liegt (29° nördl. Breite). So drängeln sich noch weitere Fünf- und Sechstausender in den zentralamerikanischen Anden und der Kilimandscharo im afrikanischen Tansania vor die insgesamt 14 Achttausender im asiatischen Gebirgsmassiv. Nimmt man den Fuß des Berges als Bezugspunkt, dann ist der Mauna Kea der höchste Berg der Erde.

Weiteres

Den Namen Chimborazo verwendet Tankred Dorst in seinem Theaterstück Auf dem Chimborazo symbolisch für den Muppberg an der thüringisch-fränkischen Grenze bei Sonneberg-Oberlind.

Weblinks

- [http://www.exploringecuador.com/deutsch/articulos/nuevos/chimborazo_ekuador.htm Chimborazo (6.310 m) - Reiseführer-Beschreibung von Volker Feser]
- [http://gerdbreitenbach.de/anden/ecuador_1/chimborazo_de.html Chimborazo Tour 2003] ---- Kategorie:Berg in Ecuador Kategorie:Vulkan Kategorie:Anden Kategorie:Sechstausender

Kontinent

Der Begriff Kontinent (von lat.: (terra) continens) bedeutet "zusammenhängendes Land", das von den Inseln unterschiedene Festland. Die Kontinente der Erde machen insgesamt nur 29 Prozent der Erdoberfläche aus, den Rest nehmen die Ozeane und Meere ein.

Definitionen

Meer Geografisch besteht ein Kontinent aus einer großen zusammenhängenden Landmasse, die durch das Meer von anderen Kontinenten abgegrenzt wird. So bildet der Panamakanal die Grenze zwischen Nord- und Südamerika und der Sueskanal die Grenze zwischen Afrika und Asien. Eine Ausnahme stellt die Trennlinie zwischen Asien und Europa dar: Sie verläuft über den Ural. Aus dieser Definition ergeben sich 7 Kontinente: Afrika, Antarktika, Asien, Australien/Ozeanien, Europa, Nordamerika und Südamerika. Südamerika Geologisch gesehen umfasst ein Kontinent das zugehörige Schelfgebiet, welches auch Kontinentalplatte genannt wird. Man zählt auf unserem Planeten 14 solche Kontinentalplatten. Neben diesen beiden gibt es auch historisch-politische Definitionen von Kontinenten. So muss die Aufteilung Eurasiens in Asien und Europa aus der historisch-politischen Perspektive des Kolonialismus verstanden werden. Zur historisch-politischen Kategorie gehören auch die Versuche, ein Mittelamerika oder den Nahen Osten als eigene Kontinente abzutrennen. Die Abgrenzung Europas als Kontinent greift auf eine Vorstellung zurück, wonach man glaubte, Europa und Asien seinen zwei unterschiedliche Kontinente. Heute wissen wir aber, das es nur eine Eurasische Platte gibt. Europa und Asien sind im Sinne der Plattentektonik ein Kontinent, Eurasien. Von Irland über Russland bis nach Malaysia liegt alles auf einer einzigen Platte, eine physische Grenze zwischen Asien und Europa existiert dementsprechend nicht.

Geschichtliches

Kolonialismus] Herodot teilte die Welt in 3 Kontinente: Europa, Asien und Libyen. Seine Dreiteilung wurde im Altertum als verbindlich angesehen. Hekataios zog im 6. Jahrhundert v. Chr. die Grenze zwischen Asien und Europa vom Ägäischen Meer über das Marmarameer und das Schwarze Meer bis hin zum Don. Heute zählt man 7 geografische Kontinente.

Zum Begriff "Kontinent"

Das lateinische continens bedeutet im eigentlichen Sinne das "Zusammenhaltende" oder "Umfassende". Die Vorstellung hinter dieser Begriffsverwendung für einen Kontinent im heutigen Sinne ist eigentlich irreführend: Sie beruht auf der Annahme, dass die Landteile der Erde die Wasserteile umfassen. Da jedoch die Wasserflächen der Erde um ein Vielfaches größer sind als die kontinentalen Flächen, müsste man letztere eigentlich als das "Umfasste", das contentum bezeichnen. Die Begriffsbildung beruht somit auf einer falschen Vorstellung der Erde.

Namensgebung

Die Namen der Kontinente sind in der ursprünglichen lateinischen Form alle weiblich und enden entsprechend einheitlich mit a. Afrika galt im Altertum nur als Name für das heutige Tunesien, welches von den Römern nach dem Stamm der Afri um Karthago so benannt wurde. Amerika wurde auf Vorschlag Martin Waldseemüllers nach Amerigo Vespucci benannt, der kurz nach Christoph Kolumbus die Ostküste Südamerikas befuhr. Zu dieser Zeit konnte noch nicht überblickt werden, dass es sich genau genommen um zwei Kontinente handelt, die nur durch eine relativ schmale Landbrücke miteinander verbunden sind. Antarktika wurde nach seiner Lage inmitten der Antarktis benannt. Asien (eigtl. Asia) kommt aus dem Assyrischen von Assu = Sonnenaufgang bzw. Osten. Australien (eigtl. Australia) kommt von lat. Terra Australis = südliches Land. Europa hat seine Bezeichnung möglicherweise vom griech. Erebos = Abendland, die Herkunft ist jedoch umstritten.

Siehe auch

- Superkontinent
- Subkontinent
- Landhemisphäre
- Plattentektonik

Weblinks

[http://userpage.fu-berlin.de/~tmuehle/europa/europa/europa_mount-elbrus.htm Die Grenzen Europas] Kategorie:Geowissenschaft Kategorie:Physische Geographie ! ja:大陸 ko:대륙 ms:Benua simple:Continent th:ทวีป zh-min-nan:Tāi-lio̍k

Planet

Ein Planet ist ein Himmelskörper, der nicht selbst leuchtet und sich in einer keplerschen Umlaufbahn um einen Stern bewegt. Der Name stammt vom griechischen „plánetes“ und bedeutet „die Umherschweifenden“ bzw. „der Wanderer“ (altgriechisch). Früher wurden Planeten auch als Wandelsterne bezeichnet. Die meisten Planeten des Sonnensystems werden von Monden umkreist. Die erste weiche Landung auf einem anderen Planeten gelang der Menschheit am 15. Dezember 1970 mit der sowjetischen Sonde Venera-7. Mit Venera-3 und Venera-4 gelangen zuvor erste harte und fast-weiche Planeten-Landungen am 1. März 1966 und am 18. Oktober 1967, wobei Venera-4 über die gesamte Betriebszeit von 96 Minuten aus der Venus-Atmosphäre erfolgreich Daten übertrug. Ende des 20. Jahrhunderts wurde der erste Planet außerhalb des Sonnensystems (Exoplaneten) entdeckt, der den Stern 51 Pegasi umkreist. Die Zahl der bekannten Exoplaneten stieg seither stark an.

Planeten unseres Sonnensystems

Hauptartikel: Sonnensystem
- Erdähnliche (felsige) Planeten (inneres Planetensystem):
- 1 Merkur
- 2 Venus
- 3 Erde
- 4 Mars
- Iovianische Planeten / Gasriesen (äußeres Planetensystem):
- 5 Jupiter
- 6 Saturn
- 7 Uranus
- 8 Neptun
- Transneptunische Objekte (TNOs):
- 9 Pluto Zusätzlich könnte das Objekt 2003UB₃₁₃ als zehnter Planet in diese Liste aufgenommen werden. Jedoch ist der Status des Objekts bislang noch nicht von der AIU endgültig geklärt. Die mittleren Abstände der Planeten zur Sonne lassen sich recht genau mit der Titius-Bodeschen Reihe angeben. Zwischen Mars und Jupiter klafft hier eine Lücke, die durch den Asteroidengürtel gefüllt wird; allerdings tritt der Abstand des Neptuns nicht in der Reihe auf.

Gruppierung

Der Asteroidengürtel trennt das innere vom äußeren Planetensystem. Der große Bereich der TNOs wird mitunter auch als eine dritte Zone angesehen. Damit zählen Merkur, Venus, Erde und Mars zu den inneren Planeten, und Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto zu den äußeren Planeten, wobei der Status von Pluto als Planet allerdings umstritten ist. Diese Unterscheidung ist nicht zu verwechseln mit der Gruppierung in die unteren Planeten, welche die Sonne innerhalb der Erdbahn umlaufen – also Merkur und Venus – und in die oberen Planeten, die sich außerhalb der Erdbahn bewegen.

Merkregeln

Um sich die Planeten und ihre Reihenfolge zu merken gibt es auch einige Merksprüche.

Definition

Es gibt bis heute kein klar definiertes Unterscheidungsmerkmal zwischen Planeten und Asteroiden. So ist der Planeten-Status von Pluto aufgrund seiner geringen Größe und seiner stark elliptischen sowie gegen die Ekliptik geneigten Bahn umstritten. Viele Astronomen rechnen ihn dem Kuipergürtel zu, einem Reservoir von Kometen und Asteroiden, das im Inneren bis an die Neptun-Bahn heranreicht. Kürzlich entdeckte ähnlich große Himmelskörper im Kuipergürtel, insbesondere 2003UB₃₁₃, haben die Diskussion um Plutos Status neu entfacht.

Die zwei häufigsten Definitionsversuche

1. Eine plausible Erklärung zur Definition eines Planeten gibt das California Institute of Technology, das eng mit der NASA zusammen arbeitet: :Ein Objekt im Sonnensystem wird als Planet bezeichnet, wenn es eine größere Masse hat als alle anderen Objekte zusammen, die sich im selben Orbit befinden. Somit ist die Erde ein Planet, da sie schwerer ist als alle Asteroiden, die dieselbe Umlaufbahn wie die Erde haben. :Problem: Pluto ist zwar das größte Objekt in seiner Umgebung, jedoch nicht schwerer als die Summe seiner Nachbarobjekte, weshalb er laut dieser Definition nicht als Planet eingestuft werden kann. Zählt man Pluto zu Neptuns Umlaufbahn, dann wird dies noch deutlicher. Danach hätte unser Sonnensystem anstatt neun also nur acht Planeten. 2. Andere definieren Planeten als :Gesteinskugel, die sich auf Grund der eigenen Gravitation zu einer solchen geformt hat. :Problem hierbei: Diese Definition würde zwar die meisten Asteroiden und Kometen ausschließen, doch würden alle großen Monde, auch der Erdenmond, dazu zählen und unser Sonnensystem hätte hunderte von Planeten. Die für die Namensgebung von Himmelskörpern zuständige Internationale Astronomische Union (IAU), hat im Jahr 2004 ein Komitee eingesetzt, das verbindliche Kriterien für die Definition eines Planeten erarbeiten soll. Im Sommer 2006 sollen die Ergebnisse dieser Arbeiten veröffentlicht werden. Die wichtigsten bekannten Eigenschaften der Planeten des Sonnensystems sind unter Planet (Tabelle) tabellarisch erfasst.

Geschichte der Entdeckung

Planeten des Sonnensystems

Die Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn sind mit bloßem Auge am Nachthimmel erkennbar und erscheinen heller als die meisten Fixsterne. Sie waren bereits in der Antike bekannt und wurden von vielen Kulturen mit ihren Hauptgöttern identifiziert. Die noch heute verwendeten Namen stammen aus der römischen Mythologie. Obwohl es bereits in der Antike Vertreter des Heliozentrischen Weltbilds gab (zum Beispiel Aristarchos von Samos), wurde bis Mitte des 16. Jahrhunderts allgemein angenommen, dass sich die Planeten mitsamt der Sonne um die Erde bewegen (Geozentrisches Weltbild). 1543 veröffentlichte Nikolaus Kopernikus, angeregt durch Aristarchos, sein Werk „Von den Umdrehungen der Himmelssphären“, in dem er die Sonne in den Mittelpunkt stellte und die Erde als weiteren Planet erkannte. Unter günstigen Bedingungen ist Uranus auch mit bloßem Auge zu erkennen, und er wurde bereits 1690 fälschlicherweise als Stern katalogisiert. Er wurde erst 1781 von Sir Friedrich Wilhelm Herschel als Planet erkannt. Mit Hilfe der älteren Beobachtungen gelang es Johann Elert Bode die Umlaufbahn genau zu bestimmen. Anhand von Bahnstörungen des Uranus berechneten Urbain Jean Joseph Leverrier und John Couch Adams unabhängig die Bahn eines weiteren Planeten, dies führte am 23. September 1846 zur Entdeckung Neptuns durch Johann Gottfried Galle. Durch den neu entdeckten Planeten konnten jedoch nicht sämtliche Unregelmäßigkeiten in der Uranus-Bahn erklärt werden. Schließlich wurde 1930 von