Erdaufbau: Kruste, Mantel und Kern verstehen
Lerne Erdschichten, Stoffe und Zustände kennen. Erfahre, wie Forscher das Innere untersuchen und warum der innere Kern vermutlich überwiegend fest ist.
Kurz gesagt
Die Erde hat außen eine feste Kruste, darunter den überwiegend festen Mantel und im Zentrum den Kern. Dessen äußerer Teil ist flüssig; der innere ist vermutlich überwiegend fest, wobei Teile geschmolzen sein könnten.
Unter deinen Füßen liegen verschiedene Schichten der Erde. Erdbebenwellen sind Erschütterungen, die sich durch die Erde ausbreiten. Sie helfen Forschern, auch Schichten zu untersuchen, die keine Bohrung erreicht.
Deine Lernziele
Die Erde besteht aus ineinanderliegenden Schichten. Diese Anordnung nennt man Schalenbau. Von außen nach innen folgen Erdkruste, Erdmantel und Erdkern aufeinander.
Die Erdkruste ist die äußerste Schicht. Sie ist im Vergleich zu Mantel und Kern sehr dünn. Direkt unter ihr beginnt der Erdmantel. Darunter liegt der Erdkern.
Der Erdkern hat zwei Bereiche: den äußeren und den inneren Erdkern. Der äußere Kern umgibt den inneren Kern. Der innere Kern liegt in der Mitte der Erde.
Beispiel: Ein Erdmodell beschriften
- 1Ein Modell ist eine vereinfachte Nachbildung. Ein aufgeschnittenes Erdmodell zeigt die Schichten als ineinanderliegende Bereiche.
- 2Der dünne Rand bekommt die Beschriftung „Erdkruste“.
- 3Der Bereich zwischen Kruste und Kern heißt „Erdmantel“.
- 4Im Kern werden der äußere Bereich und die Mitte getrennt beschriftet.
Merke: Von außen nach innen: Erdkruste → Erdmantel → äußerer Erdkern → innerer Erdkern. Der Pfeil bedeutet hier „weiter nach innen“.
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Die Erdkruste besteht aus festem Gestein. Gestein ist das natürliche Material, aus dem zum Beispiel Felsen bestehen. Auch der Erdmantel besteht überwiegend aus festem Gestein. Kruste und Mantel enthalten dabei unterschiedliche Mischungen von Stoffen.
Festes Mantelgestein kann sich sehr langsam verformen. Das geschieht zum Beispiel an Grenzen großer Gesteinsplatten und an Stellen, an denen heißes Mantelgestein aus großer Tiefe aufsteigt. Gesteinsplatten sind große, feste Teile der äußeren Erde. Eine bleibende Formänderung nennt man plastisch. Solche Formänderungen können im Mantel über Millionen Jahre ablaufen, ohne dass das Gestein vollständig flüssig sein muss.
Der Erdkern besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel. Beides sind Metalle. Metalle sind Stoffe, die zum Beispiel Wärme gut weiterleiten. Der äußere Kern ist flüssig. Der innere Kern ist vermutlich überwiegend fest. Ein Fachbeitrag aus dem Jahr 2002 nennt aber auch die Möglichkeit, dass Teile des inneren Kerns geschmolzen sind. Geschmolzen bedeutet: Ein zuvor fester Stoff ist flüssig geworden. Diese Möglichkeit bedeutet nicht, dass der gesamte innere Kern flüssig ist.
| Schicht | Material | Zustand |
|---|---|---|
| Erdkruste | Gestein | fest |
| Erdmantel | Gestein | überwiegend fest; an manchen Stellen sehr langsam verformbar |
| Äußerer Erdkern | hauptsächlich Eisen und Nickel | flüssig |
| Innerer Erdkern | hauptsächlich Eisen und Nickel | vermutlich überwiegend fest; Teile könnten geschmolzen sein |
Merke: Sehr langsame Verformung ist kein Beweis für flüssiges Gestein. Der Erdmantel ist überwiegend fest.
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Bohrungen erschließen einen Teil der Erdkruste. Bis zum Mantel oder zum Kern reichen sie nicht. In großer Tiefe erschweren hohe Temperaturen und hoher Druck das Bohren. Druck beschreibt, wie stark etwas auf eine Fläche presst. Die technischen Grenzen verhindern einen direkten Zugang zum tiefen Erdinneren.
Deshalb untersuchen Forscher Erdbebenwellen. Messstationen sind Orte mit Geräten, die diese Wellen aufzeichnen. Sie erfassen, wann die Wellen ankommen. Ihre Geschwindigkeit hängt vom Material ab. An Grenzen zwischen Schichten können Wellen ihre Richtung ändern oder zurückgeworfen werden. Aus vielen solchen Hinweisen erschließen Forscher den Aufbau der Erde. Das ist eine indirekte Untersuchung: Sie gewinnen Erkenntnisse aus Messungen, ohne selbst dort zu sein oder Material von dort heraufzuholen.
Zwei wichtige Wellenarten helfen beim Vergleich: Druckwellen drücken Material zusammen und lassen es wieder auseinandergehen. Sie können feste Stoffe und Flüssigkeiten durchqueren. Scherwellen bewegen Material quer zu ihrer Ausbreitungsrichtung. Sie können feste Stoffe, aber keine Flüssigkeiten durchqueren.
Druckwellen gelangen durch den äußeren Kern, werden darin aber deutlich langsamer. Scherwellen durchqueren ihn nicht. Das sind Hinweise auf seinen flüssigen Zustand. Scherwellen können deshalb auch nicht ohne Unterbrechung durch den äußeren Kern bis zum inneren Kern laufen. Hinweise auf den Zustand des inneren Kerns ergeben sich unter anderem aus dem Verhalten der Druckwellen.
Indirekte Untersuchung
Forscher schließen aus messbaren Hinweisen auf etwas, das sie nicht unmittelbar erreichen können. Erdbebenwellen liefern solche Hinweise auf das tiefe Erdinnere.
| Wellenart | Durch feste Stoffe | Durch Flüssigkeiten |
|---|---|---|
| Druckwellen | ja | ja |
| Scherwellen | ja | nein |
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Ob ein Material fest bleibt oder schmilzt, hängt nicht allein von seiner Temperatur ab. Wichtig ist auch seine Schmelztemperatur. Das ist die Temperatur, bei der es unter einem bestimmten Druck zu schmelzen beginnt. Liegt ein zunächst festes Material darunter, bleibt es fest.
Bei den Metallen im Erdkern steigt die Schmelztemperatur mit dem Druck. Unter höherem Druck ist also mehr Hitze nötig, damit das Material zu schmelzen beginnt. Der Druck wirkt dabei nicht wie eine Abkühlung. Er verändert die Schmelztemperatur. Auch bei hohem Druck bleibt der Vergleich zwischen Temperatur und Schmelztemperatur entscheidend.
Im inneren Kern herrscht sehr hoher Druck. Er kann die Schmelztemperatur so weit erhöhen, dass das Kernmaterial trotz großer Hitze fest bleibt. Deshalb gilt der innere Kern als vermutlich überwiegend fest. Wie zuvor beschrieben, könnten einzelne Teile dennoch geschmolzen sein. Die Erklärung durch den Druck ist kein Beweis dafür, dass jeder Teil fest ist.
Schmelztemperatur
Die Temperatur, bei der ein festes Material unter einem bestimmten Druck zu schmelzen beginnt. Sie kann sich ändern, wenn sich der Druck ändert.
Merke: Bei Kernmaterial erhöht hoher Druck die Schmelztemperatur. Große Hitze allein beweist deshalb keinen flüssigen Zustand.
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Alles auf einen Blick
Erdaufbau
Von außen nach innen liegen Erdkruste, Erdmantel und Erdkern; der Kern hat einen äußeren und einen inneren Bereich.
Kruste und Mantel bestehen hauptsächlich aus Gestein. Der Mantel ist überwiegend fest und kann sich stellenweise sehr langsam verformen.
Er besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel. Außen ist er flüssig, innen vermutlich überwiegend fest; Teile könnten geschmolzen sein.
Bohrungen erschließen nur einen Teil der Kruste. Erdbebenwellen liefern indirekte Hinweise auf tiefere Schichten.
Hoher Druck erhöht die Schmelztemperatur des Kernmaterials. Deshalb beweist große Hitze allein keinen flüssigen Zustand.
Eine erfundene Forschungsnotiz auswerten
- 1Die folgende Übungsnotiz ist erfunden und keine echte Messung: „Druckwellen durchqueren eine tiefe Schicht und werden darin deutlich langsamer. Scherwellen durchqueren sie nicht.“ Gesucht ist die passende Schicht aus dem Vergleich dieser Lektion.
- 2Prüfe zuerst die Wellenarten: Druckwellen können Flüssigkeiten durchqueren, Scherwellen können das nicht.
- 3Die Notiz beschreibt damit das Wellenverhalten, das auf eine flüssige Schicht hinweist.
- 4Vergleiche mit dem Erdaufbau: Die passende Schicht ist der flüssige äußere Erdkern.
- 5Die Notiz liefert einen indirekten Hinweis. Sie beschreibt keine Bohrprobe aus dem Kern.
Fehler finden
Fehler in Zeile 2Die zweite Zeile verwechselt langsame Verformung mit einem flüssigen Zustand. Richtig: Der Erdmantel besteht überwiegend aus festem Gestein.
Lückentext
Von außen nach innen folgt auf die Erdkruste zunächst der . Der äußere Erdkern besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel und ist . Bei den Metallen im Erdkern wird die Schmelztemperatur durch höheren Druck .