Als die Geologen die Seismogramme auswerteten, erkannten sie, dass die Erdkugel in einzelnen Schalen aufgebaut sein muss. Sie sahen, dass die einzelnen Schalen durch Diskontinuitäten - das sind Grenzflächen die die Schalen voneinander trennen. Die Erdbebenwellen verändern an verschiedenen Stellen abrupt ihre Eigenschaften. Sie werden entweder reflektiert oder sie pflanzen sich plötzlich unterschiedlich schnell fort. Den Mittelpunkt der Erde bildet ein massiver innerer Kern. Er besteht aus einem Nickel-Eisengemisch. Hier herrschen bizarre Bedingungen. Das Material im Erdkern ist doppelt so schwer wie die Gesteine aus der Kontinentalkruste. Auch ist hier der Druck gigantisch. Auf einen cm² drücken etwa 3500 Tonnen (Druck: 350 GPa (Gigapascal)). Nach dem Erdkern kommt der Erdmantel. Der rund 6000K heiße Erdkern ist um rund 200K heißer als die Oberflächentemperatur der Sonne. Der heiße Erdkern treibt die Konvektionsströme (Hitzeströme, die eine Flüssigkeit zum Wallen bringen) im flüssigen Erdmantel an. Dieser Prozess ist lebenswichtig für uns, denn die Konvektionswalzen erzeugen ein Magnetfeld, das uns vor der tödlichen kosmischen Strahlung aus dem Weltraum schützt und die Erde erst bewohnbar macht. Daher können wir Leben auf Planeten ohne flüssiges Inneres als Lebensträger ausschließen.

Die Erdkruste besteht aus zwei Lagen: der Meeresboden (Basalt) und die darüber liegende leichtere Kontinentalschicht (Granit und Gneis). Wie treibende Eisberge schwimmen die leichteren Kontinente auf dem schweren Basalt. Am Meeresboden ist die Kruste etwa 5 km mächtig, unter einem Gebirge reicht sie bis in 40 km Tiefe. Nichts erscheint uns solider als der Boden unter unseren Füßen. Aber diese Vorstellung ist sehr trügerisch. Die Erdkruste ist in viele Platten zerbrochen, die aufeinander zu- oder voneinander wegtreiben. An den Rändern der Erdplatten befinden sich die meisten Vulkane, denn sie sind Schwächezonen. Hier finden auch die schlimmsten Erdbeben statt, wenn die Plattenränder aneinander reiben. Die mächtigsten Gebirge liegen allesamt in der Mitte der Ozeane (Mid Oceanic Ridges). Das sind produktive Plattengrenzen (Vulkanketten), denn aus dem Magma entstehen neue Kontinente (z.B. Island). In den Tiefseegräben verschwinden ganze Erdplatten und werden wieder aufgeschmolzen. Diese Stellen nennt man destruktive Plattengrenzen. Die versunkene Erdkruste wird im Erdinneren wieder aufgeschmolzen. Nach einer bestimmten Zeit hat sich die Lithosphäre (Gesteinskruste) wieder erneuert - und dadurch verändert sich das Gesicht der Erde immer wieder aufs Neue.

Wissen kompakt

Der Aufbau der Erde

• Die Erde ist wie eine Zwiebel in Schalen aufgebaut. Die Kruste (Lithosphäre) ist äußerst dünn. Ihre Masse beträgt nur 0,4% der Gesamtmasse der Erde. Die Trennschicht zu einer anderen Sphäre nennt man Diskontinuität. Die Grenzfläche von der Lithosphäre zum Erdmantel heißt Mohorovicic-Diskontinuität, kurz Mohofläche.
• Unter den Kontinenten reicht die Kruste bis in eine Tiefe von 20-70 km. Am dicksten ist die Erdkruste unter den Gebirgen. Die Ozeanischen Krusten sind im Mittel nur etwa 6 km mächtig.
• Der Obere Mantel erstreckt sich bis in eine Tiefe von 400 km. Der obere Bereich heißt "Low-Velocity-Zone" (LVZ), da sich hier die Erdbebenwellen nur langsam fortpflanzen. Zwischen oberem und unterem Mantel liegt die Übergangszone, die eine ausgeprägte Diskontinuität in einer Erdtiefe von 670 km enthält.
• Der untere Mantel reicht von 1.000 bis 2.900 km, wo die Grenze zum äußeren Kern liegt, die durch eine plötzliche Abnahme der Geschwindigkeiten der P-Wellen und das abrupte Ende der Ausbreitung der S-Wellen markiert ist. Das Aussetzen der S-Wellen weist darauf hin, dass der äußere Kern im flüssigen Zustand ist.
• Ab der Tiefe von 5146 km bis zum Erdmittelpunkt in ca. 6371 km Tiefe folgt schließlich der feste innere Kern.
• Oberer Mantel, Übergangszone und unterer Mantel bilden zusammen den Erdmantel, äußerer und innerer Kern bilden den Erdkern.
• Das beschriebene Schalenmodell der Erde ist heute allgemein akzeptiert. Allerdings bestehen jedoch Schwierigkeiten in der mineralogischen und petrologischen Interpretation der seismischen Diskontinuitäten. Diese können sowohl das Ergebnis chemischer Inhomogenitäten sein, wie z.B. die Mantel-Kern Grenze, an der festes silikatisches Gesteinsmaterial und Metallschmelze aneinander stoßen. Sie können aber auch abrupte Änderungen des Phasenzustandes der Erdmaterie widerspiegeln wie z.B. Umwandlungen der gesteinsbildenden Mineralien des Erdinneren in dichtere Kristallstrukturen oder den Übergang vom flüssigen in den festen metallischen Zustand wie an der Grenze äußerer/innerer Kern.

Text: modifiziert nach Jacobshagen et al.,

2010 © Alexander von Behaim-Schwartzbach