Abschnitt 2 Bau des Erdkörpers

TU Dresden / Institut für Geotechnik
Fachbereich Angewandte Geologie
Abschnitt 2
Vorlesungsmaterial Allgemeine Geologie
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Bau des Erdkörpers
ALLGEMEINE DATEN ZUM ERDKÖRPER
Erdoberfläche gesamt
davon (derzeit) vom Ozean bedeckt
Volumen der Erde
Masse der Erde
Mittlere Dichte
Mittlere Dichte oberflächennah
Erdradius Äquator
510 · 106 km2
70,85 %
1,083 · 1012 km3
5,98 · 1024 t
5,52 g/cm3
2,7 g/cm3
6378,26 km
(nach Richter 1992)
GESTALT DER ERDOBERFÄCHE
Hypsographische Kurve der Erdoberfläche
[2.1]
Die Kurve gibt einen Überblick über die
Flächenanteile geologischer Großstrukturen der Erde.
Kontinentalplattform bis -200 m u. NN
Kontinentalhang bis -4.000 m u. NN
Tiefseeböden bis - 5.750 m u. NN
Tiefseegräben /-rinnen bis -11.034m u. NN
SCHALENBAU DES ERDKÖRPERS
Schematischer Schalenbau des Erdkörpers
i. e. S. mit Erdkruste, Erdmantel und Erdkern [2.2]
Als äußerste „Schalen“ können die (hier
nicht dargestellte) Atmosphäre und die
Hydrosphäre (Wasserhülle, blau) angesehen werden.
Der Schalenbau der Erde ist das Ergebnis
von Differenzierungsprozessen bei der
Entstehung des Erdkörpers (seit ca. 4,6
Mrd. Jahren).
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ERFORSCHUNG DES ERDINNEREN
Direkte Erkundung: Bohrungen, Bergbau
Bergbau / Schächte:
- Südafrika (Gold)
- Deutschland (Uran)
Bohrungen:
- Kola (Forschungsbohrung)
- Oklahoma (Erdgasbohrung)
- KTB (Forschungsbohrung)
- Zistersdorf (Österreich., Erdgasbohrung)
- Mirow 1 (Erdölbohrung)
* Anteil am Erdradius (ca. 6.400 km):
> 3000 m
ca. 2000 m
12260 m *
9583 m
9101 m
8553 m
8009 m
1/500
Auch bei Gebirgsbildungsprozessen „exhumierte“ Bereiche der tiefen Kruste oder des oberen
Erdmantels können der direkte Erkundung zugänglich sein.
Indirekte Erkundung
Erkundung des Aufbaues des Erdinneren durch geophysikalische Methoden Verlauf der Erdbebenwellen in der Erde und Laufzeit-Diagramme (Seismogramme)
[2.1]
Vereinfachte Übersicht zur Schalen-Gliederung des Erdinneren (nach Richter 1992)
Schale
Erdkruste:
Obere Kruste
Conrad-Diskontinuität
Untere Kruste
Mohorovičić-Diskontinuität (Moho)
Erdmantel:
Oberer Mantel
Unterer Mantel
Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität
Erdkern:
Äußerer Kern
Innerer Kern
Tiefe*
[km]
Dichte
[g/cm³]
Temperatur
[°C]
durchschnittliche
chemische
Zusammensetzung
bis 30
30
bis 50
50
2,7
670 - 740
3,0
1000
Basalt / Gabbro
(basische Gesteine)
bis 400
b. 2900
b. 2900
3,3-4,6
5,7
1400
2500
Peridotit / Eklogit
(ultrabasische Gesteine), Sulfide
b. 5100
9,4
11-13,5
2500-3000
3000-5000
flüssigkeitsähnlich
HP-Minerale oder
Ni / Fe
Kontinent: Granit /
Gneis (saure Gest.)
* im Durchschnitt
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LITHOSPHÄRE UND ASTHENOSPHÄRE
Die Lithosphäre
(gr. lithos = Stein; sphaira = Kugel)
Die Asthenosphäre
(gr. a - sthenos = ohne Festigkeit)
umfasst die festen Teile der Erdkruste und des oberen Erdmantels und besteht aus Gesteinen unterschiedlicher Zusammensetzung. Sie reicht zwischen
25 und 100 km tief.
ist der unterhalb der Lithosphäre anschließende Teil
des oberen Erdmantels, der sich in einem quasiflüssigen, plastischen Zustand befindet („low velocity zone“ bezüglich seismischer Wellen). Die Asthenosphäre wird stofflich als Mischung aus ultrabasischen Gesteinen (Peridotiten; 3 Teile) und geringen
Anteilen von Basalt (1 Teil) angesehen, der im partiell aufgeschmolzenen Zustand ist.
(grob schematisch, Profil stark überhöht, nach Stanley 2001 und Richter 1992)
Prinzip der Isostasie: Im Bereich der verdickten kontinentalen Kruste „tauchen“ die auf der
Asthenosphäre „schwimmenden“ Krustenbereiche tiefer in die Asthenosphäre ein. Eine Reduzierung der Krustenmächtigkeit führt zu vertikalen Auftriebsbewegungen.
Die Lithosphäre ist in große
Lithosphärenplatten zerlegt,
die sich horizontal bewegen.
Dieser Vorgang (Plattentektonik) wird angetrieben von
Konvektionsströmen in der
flüssigkeitsähnlichen Asthenosphäre. Dabei kann ozeanische Kruste an Plattengrenzen „verschluckt“ (subduziert) werden, Kollisionen
von Platten führen zur Auffaltung von Gebirgen. Plattenränder sind oft seismisch
aktiv (Erdbeben!). [2.3]
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GEOTHERMISCHE TIEFENSTUFE / GEOTHERMISCHER GRADIENT
„Gesetzmäßige" Erhöhung der Temperatur in der Erdkruste zur Tiefe hin, Tiefenstufe in Meter
/ 1 °C Erwärmung; geothermischer Gradient ⇒ reziproker Wert [°C / km]
Mittelwert im Kontinentbereich:
33 m / 1 °C bzw. 30 °C / km
Möglicher Wertebereich:
Südafrika, Kanada (alte Schilde)
Gebiete mit jungem Vulkanismus, z.B. Toskana
125 m / 1°C (8 °C / km)
11 m / 1 °C (90 °C / km)
Oberpfalz, Tiefbohrung. KTB (9000 m; 270 °C)
ca. 33 m / 1 °C (30 °C / km)
Literatur
BAHLBURG, H. & BREITKREUZ, C.: Grundlagen der Geologie. Stuttgart 1998
RICHTER, D.: Allgemeine Geologie. Berlin, New York, 4. Aufl. 1992
STANLEY, S.: Historische Geologie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin 2005
Bildquellen
[2.1] RICHTER, D.: Allgemeine Geologie. Berlin, New York, 4. Aufl. 1992
[2.2] Internet: www2.klett.de (März 2013)
[2.3] Internet: commons.wikimedia.org/wiki/File: Tectonic_plates_de.png (März 2013)
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