Das Erdinnere - educa.Unterricht

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Das Erdinnere
Lernziele dieses Moduls sind
- der Schichtenaufbau der Erde,
- Strukturen und Prozesse in Erdkruste und Erdmantel
- das Prinzip der Konvektionströmung und die Übertragung dieses Prinzips auf die
Prozesse im Erdmantel
Einstieg:
Am Beginn dieses Moduls steht die Frage: Woher kommt die Lava, die
bei einem Vulkanausbruch austritt? Was befindet sich unter der
Erdoberfläche? Sie leitet hin zum Kern der Stunde, dem Aufbau der
Erde usnd vor allem den Prozessen im Erdmantel. Zum Einstieg und
zur Viualisierung kann die Diashow aus Modul 1 eingesetzt werden.
Aufgabe:
1. Welche Erdschicht liegt wo? Beschrifte die Grafik.
2. Welche Erdschichten sind flüssig? Markiere sie farbig.
Das Erdinnere
Der Aufbau der Erde spielt für zahlreiche an der Erdoberfläche auftretenden Prozesse
eine wichtige Rolle. So haben Vulkanismus, Erdmagnetismus und plattentektonische
Vorgänge ihren Ursprung im Inneren der Erde. Da das Erdinnere nicht direkt erforscht
werden kann, haben Wissenschaftler vor allem über die Ausbreitung von Erdbeben- und
künstlich erzeugten Stoßwellen den inneren Aufbau der Erde enträtselt.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Erde in mehrere Schalen gegliedert ist
(Schalenmodell). Der Erdkern wird von einem Mantel und dieser wiederum von einer
Kruste umgeben. Da innerhalb von Kern, Mantel und Kruste die physikalischen und
chemischen (mineralischen) Eigenschaften stark variieren, werden sie jeweils noch weiter
untergliedert. Die Temperatur- und Druckverhältnisse ändern sich von der Erdoberfläche
zum Erdkern. Grundsätzlich steigen sie mit der Tiefe deutlich an, was in einigen
Bereichen zum Aufschmelzen von Gesteinen führt. Für die obere Kruste gilt eine
Temperaturerhöhung von zwei bis drei Grad Celsius auf 100 Meter Tiefe. Die
Temperaturen steigen in Richtung des Erdmittelpunktes stetig aber weitaus langsamer
als in der oberen Erdkruste an. Im Inneren der Erde liegen die Temperaturen
wahrscheinlich zwischen 4000 und 5000 Grad Celsius.
Die Schichten im Einzelnen
Erdkruste
Tiefe: 0 bis max. 65 km
Zustand: Fest
Temperatur: bis 1000 °C
Die Erdkruste wird in die ozeanische und kontinentale Kruste unterteilt. Beide Bereiche
unterscheiden sich in Dichte, Dicke Alter und Gesteinsinhalt voneinander.
Oberer Erdmantel
Tiefe: ~ 10 bis 700 km
Zustand: Teilweise plastisch, fest
Temperatur: ~ 1000 °C
Der "Motor" für die Bewegungen der Erdplatten liegt im oberen Erdmantel.
Unterer Erdmantel
Tiefe: 700 bis 2900 km
Zustand: Fest
Temperatur: 1000 bis 3700 °C
Äußerer Kern
Tiefe: 2900 bis 5100 km
Zustand: Flüssig
Temperatur: 3700 bis 4300 °C
Die Ursache für den Erdmagnetismus wird im äußeren Erdkern vermutet. Er besteht
hauptsächlich aus geschmolzenem Eisen.
Innerer Kern
Tiefe: 5100 bis 6370 km
Zustand: Fest
Temperatur: ~ 4300 °C
Der Innere Kern besteht zu über 75% aus Eisen
Aufgabe:
Trage die fettgedruckten Begriffe aus dem Text an die richtige Stelle der Grafik ein.
Erdkruste und Erdmantel
Die Erdkruste ist die äußerste Schicht der Erde. Wie eine dünne feste Haut bedeckt sie
den darunterliegenden Erdmantel. Sie wird in die kontinentale und ozeanische Kruste
unterteilt. Beide unterscheiden sich deutlich in Dichte, Gesteinsvorkommen, Dicke sowie
in Alter und Herkunft. Die ozeanische Kruste ist beispielsweise nirgendwo älter als 200
Millionen Jahre, die kontinentale Kruste hingegen trägt die ältesten Gesteine, die
bisher gefunden wurden. Sie haben ein Alter von ungefähr vier Milliarden Jahren. Unter
hohen Gebirgen erreicht die kontinentale Erdkruste die größte Mächtigkeit, in den unter
den Weltmeeren liegenden ozeanischen Krustenbereichen ist die Erdkruste am dünnsten.
Die Grenze zwischen Kruste und Erdmantel liegt zwischen zehn und 65 Kilometern unter
der Erdoberfläche.
Zusammen mit dem oberen Mantelbereich bildet die Erdkruste die feste Gesteinshülle der
Erde, die Lithosphäre. Sie schwimmt auf der "Fließschicht" des Erdmantels, der
Asthenosphäre. In der Asthenosphäre ist das Gestein teilsweise geschmolzen. In
diesem Mantelbereich befindet sich der "Motor" für die Bewegung der Kontinentalplatten.
Heiße Magmaströmungen, die sich im Mantel auf und ab bewegen, verschieben die
Platten und sorgen für Vulkanismus, Erdbeben und Gebirgsbildungen. An den
Mittelozeanischen Rücken reicht die Asthenosphäre bis an die Oberfläche, ihre
Obergrenze liegt aber sonst zwischen 30 und 100 Kilometern Tiefe. Die Untergrenze der
Asthenosphäre befindet sich in 200 Kilometer Tiefe.
Konvektion im Kochtopf
Wenn Wasser in einem Kochtopf erhitzt wird, gerät das Wasser in Bewegung: Es beginnt
zu aufzuwallen und zu brodeln. Woran liegt das? Schaltet man die Herdplatte ein,
erwärmt sich zuerst das Wasser am Boden des Topfes. Es dehnt sich aus und seine
Dichte verringert sich. Dadurch steigt es auf. Das Wasser an der Oberfläche ist kälter und
dichter und sinkt deshalb nach unten. Dort wird es durch die Wärme der Herdplatte
aufgeheizt und wird wieder leichter. Es entsteht eine Zirkulation aus aufsteigendem
heißen Wasser und absinkendem kühleren Wasser.
Dieser Prozess wird als Konvektion bezeichnet. kommt nicht nur bei , sondern auch in
anderen Flüssigkeiten und Gasen vor. Um eine Konvektion handelt es sich immer dann,
wenn Temperatur- und dadurch bedingt auch Dichteunterschiede zu Strömungen führen.
Konvektion im Erdmantel
Aufgabe:
1. Beschreibe, warum auch im Erdmantel Konvektionsströme entstehen.
2. Trage in die untere Zeichnung Pfeile ein, die die Bewegungsrichtung des Magma
zeigen.
Plattengrenzentypen
Die Erde ist in eine Vielzahl von mehr oder weniger großen Platten zerbrochen. Diese
Platten können sich, obwohl sie riesig groß und sehr schwer sind, bewegen. Sie
"schwimmen" - ähnlich einem Floß auf dem Wasser. Das ist möglich, weil unter diesen
Erdbestandteilen die Erde teilweise aufgeschmolzen und daher weich ist.
Da sich die Platten bewegen, stoßen sie an ihren Grenzen zusammen, bewegen sich
aneinander vorbei oder sie entfernen sich voneinander.
Eine Platte taucht unter die andere ab (Subduktion):
Nicht alle Platten sind gleich. Es gibt leichtere, die kontinentalen Platten und schwerere
die ozeanischen Platten.
Stoßen diese zwei unterschiedlichen Platten zusammen, wird die schwerere unter die
leichtere gedrückt. In der Tiefe wird die Platte geschmolzen und das Magma dringt an die
Oberfläche. Vulkane entstehen. Das Gebirge der Anden ist zum Beispiel auf diese Weise
entstanden. Treffen zwei schwere (ozeanische) Platten aufeinander, läuft ungefähr
dasselbe ab. Viele große Inseln im Pazifik entstanden auf diese Weise (z.B Japan).
Zwei Platten stoßen zusammen (Kollision):
Stoßen zwei leichte (kontinentale) Platten zusammen, schieben sie sich ineinander,
stapeln sich auf und hohe Gebirge, wie z.B. der Himalaja, entstehen.
Zwei Platten bewegen sich aneinander vorbei (Transformstörung):
Bewegen sich zwei Platten aneinander vorbei, kommt es zu Erdbeben. Die Platten
verhaken sich bei dieser Bewegung. Deshalb gibt es z.B. in San Francisco starke Beben.
Zwei Platten treiben auseinander (Spreizungszone):
Da an einigen Stellen auf der Erde die Platten vernichtet werden, muss es auch Stellen
geben, an denen neue Platten gebildet werden. An diesen Mittelozeanischen Rücken
genannten Gebieten, dringt Magma an die Oberfläche und neues Gestein entsteht. Die
Mittelozeanischen Rücken ziehen sich über die ganze Erde, wie die Nähte auf einem
Tennisball.
Aufgabe:
1. Beschrifte die Grafik
2. Erkläre die dargestellten Prozesse
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