Feste Erde: Schichten und Platten
Die Erde hat Schichten, die man daran erkennt, wie Erdbebenwellen sie durchlaufen. Die Kruste ist dünn, etwa 5 bis 70 km. Der Mantel ist dick, etwa 2.900 km, und besteht aus heißem, festem Gestein, das langsam fließt. Der äußere Kern ist flüssiges Eisen und Nickel. Der innere Kern ist fest, weil dort ein riesiger Druck herrscht.
Plattentektonik
Die Kruste und der oberste Teil des Mantels bilden die Lithosphäre, die in Platten zerbrochen ist. Sie bewegen sich einige Zentimeter pro Jahr, angetrieben vom Wärmestrom im Mantel. An konvergenten Grenzen stoßen Platten zusammen (Gebirge, Vulkane, tiefe Gräben). An divergenten Grenzen bewegen sie sich auseinander (neue Kruste entsteht, etwa an mittelozeanischen Rücken). An Transformgrenzen gleiten sie aneinander vorbei (Erdbeben).
Gesteine
Magmatische Gesteine entstehen aus abgekühltem Magma, Sedimentgesteine aus gepressten Ablagerungsschichten, und metamorphe Gesteine, wenn Hitze und Druck altes Gestein verändern.
Atmosphäre: vier Schichten
Die Atmosphäre wird von der Schwerkraft festgehalten. Vom Boden nach oben:
- Troposphäre (0 bis etwa 12 km): Hier spielt sich das Wetter ab; die Temperatur sinkt mit der Höhe.
- Stratosphäre (bis etwa 50 km): Hier liegt die Ozonschicht, die schädliches ultraviolettes Licht aufnimmt, deshalb steigt die Temperatur.
- Mesosphäre (bis etwa 85 km): Die Temperatur sinkt wieder; hier verglühen Meteore.
- Thermosphäre (darüber): sehr dünn, deshalb können wenige Teilchen sehr heiß sein; Polarlichter und Satelliten sind hier.
Treibhauseffekt
Gase wie Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf halten Wärme fest. Das hält die Erde warm genug für Leben; zusätzliche Gase erwärmen sie noch mehr.
Ozean und Luft: Wärme in Bewegung
Die Sonne erwärmt den Äquator stärker als die Pole. Warme Luft steigt auf, kühlere Luft sinkt ab, so bewegt sich die Luft in Konvektionskreisläufen. Weil sich die Erde dreht, werden bewegte Luft und bewegtes Wasser abgelenkt (Coriolis-Effekt). Das bestimmt das Muster der Winde und der Meeresströmungen an der Oberfläche.
Warum der Ozean wichtig ist
Wasser speichert viel Wärme und gibt sie langsam wieder ab, deshalb macht der Ozean das Klima milder. Strömungen tragen warmes Wasser in kältere Gegenden. In El-Niño-Jahren werden die Winde über dem Pazifik schwächer, und warmes Wasser breitet sich nach Osten aus. Das verändert den Regen in vielen Ländern.
Weltraum: Umlaufbahn, Neigung und Jahreszeiten
Die Erde umkreist die Sonne in etwa 365 Tagen und dreht sich in etwa 24 Stunden einmal um sich selbst. Die Erdachse ist um etwa 23,5 Grad geneigt und zeigt im Raum immer in dieselbe Richtung.
Warum es Jahreszeiten gibt
Wenn sich das Nordende zur Sonne neigt, trifft das Sonnenlicht den Norden steiler und die Tage sind länger: Sommer. Ein halbes Jahr später neigt sich der Norden von der Sonne weg: Winter. Im Süden sind die Jahreszeiten umgekehrt. Es liegt nicht am Abstand.
Das größere Bild
Die Sonne ist ein Stern. Sie ist einer von Hunderten Milliarden in der Milchstraße. Sterne leuchten, indem sie Wasserstoff zu Helium verschmelzen.
Probier es aus: Jahreszeiten mit einer Taschenlampe
Halte in einem dunklen Raum eine Taschenlampe und leuchte damit auf einen Globus oder einen Ball. Kippe den Ball ein wenig und gehe um die Lampe herum, wobei die Neigung immer in dieselbe Richtung zeigt. Siehst du, wie das Licht an einer Stelle steiler auf die obere Hälfte fällt und auf der gegenüberliegenden Seite steiler auf die untere Hälfte? Bewege im 3D den Regler durch die Monate.
Wichtige Formeln und Definitionen
- Neigung der Erdachse: etwa 23.5 Grad
- Umlaufzeit: etwa 365.25 Tage; Drehzeit: etwa 24 Stunden
- Troposphäre: etwa 0-12 km; Stratosphäre: bis etwa 50 km; Mesosphäre: bis etwa 85 km
- Plattengeschwindigkeit: einige cm pro Jahr
Gelöste Beispiele
1. Eine Platte bewegt sich 4 cm pro Jahr. Wie weit bewegt sie sich in 25 Millionen Jahren?
4 cm x 25,000,000 = 100,000,000 cm = 1,000 km.
2. Warum ist die Stratosphäre oben wärmer als unten?
Die Ozonschicht in der Stratosphäre nimmt ultraviolettes Licht auf und wandelt es in Wärme um, vor allem im oberen Teil.
3. Warum ist auf der Südhalbkugel Sommer, wenn im Norden Winter ist?
Die Erdachse ist geneigt. Wenn sich der Norden von der Sonne wegneigt, neigt sich der Süden ihr zu, also bekommt der Süden steileres Sonnenlicht.
Häufige Fehler
- Zu denken, die Jahreszeiten kämen daher, dass die Erde der Sonne näher oder ferner ist. Sie kommen von der Neigung.
- Zu denken, der Mantel sei flüssig. Er ist festes Gestein, das sehr langsam fließt; nur der äußere Kern ist flüssig.
- Zu sagen, Platten bestünden nur aus Kruste. Platten umfassen die Kruste und den obersten Teil des Mantels (Lithosphäre).
- Zu denken, das Wetter finde in allen Schichten statt. Es findet in der Troposphäre statt.