Dazu gehört die Erde als Ganzes, als riesiger Globus mit seinen abgegrenzten Schalen, ebenso wie Atmosphäre und Lithosphäre.


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Darstellung der aufgeschnittenen Erde mit erkennbaren Schalen von Kruste, Mantel und äußerem bzw. innerem Kern

© Wikipedia: NASA / SoylentGreen, 2006
Eine Erdsphäre bezeichnet ein Phänomen des Planeten Erde, das eine räumliche Ausdehnung besitzt und sich für gewöhnlich wie eine mehr oder weniger durchgehende Schale um den ganzen Himmelskörper legt.

Viele der bekanntesten Erdsphären haben die Gestalt von geschlossenen Hüllen. Solche durchgehenden, schalenartigen Erdsphären sind zum Beispiel die Atmosphäre und die Lithosphäre. Die Luft der Atmosphäre einerseits umhüllt die gesamte feste Erde, deren äußere Schale andererseits überall von der Lithosphäre gebildet wird.

Die Erdsphären lassen sich in drei Gruppen gliedern:
  • Die erste Gruppe besteht aus den „natürlichen Erdsphären“. Die natürlichen Erdsphären existieren ohne Zutun des Menschen. Ihr Bestehen ist also grundsätzlich unabhängig von menschlicher Kultur – obwohl viele von ihnen heutzutage durch menschliches Wirken vielfältig beeinflusst werden. Die Erforschung der natürlichen Erdsphären obliegt der Physiogeographie (Naturgeographie) und den übrigen naturwissenschaftlichen Geowissenschaften. Zu den natürlichen Erdsphären gehören zum Beispiel Hydrosphäre, Biosphäre, Atmosphäre, Lithosphäre und Pedosphäre.
  • Die zweite Gruppe der Erdsphären besteht aus den „kulturbedingten Erdsphären“. Die kulturbedingten Erdsphären entstehen und existieren erst durch das Zutun des Menschen. Ihr Bestehen ist also abhängig von menschlicher Kultur. Die Erforschung der kulturbedingten Erdsphären obliegt der Anthropogeographie (Kulturgeographie) und den Kulturwissenschaften. Zu den kulturbedingten Erdsphären gehören zum Beispiel Anthroposphäre, Soziosphäre, Technosphäre und Noosphäre.
  • Die dritte Gruppe der Erdsphären besteht aus den „teilnatürlichen Erdsphären“. In teilnatürlichen Erdsphären werden sowohl natürliche als auch kulturbedingte Raumeigenschaften in ihrer vielfältigen gegenseitigen Durchdringung und Wechselwirkung gemeinsam und zusammenfassend betrachtet. Die Erforschung der teilnatürlichen Erdsphären obliegt der allgemeinen Geographie. Zu den teilnatürlichen Erdsphären gehören die Agrosphäre und die Landschaftssphäre (Chorosphäre).
Lage der Erdsphären:

Viele Erdsphären befinden sich vollständig oder großteilig auf der Erdoberfläche – oder zumindest knapp ober- oder unterhalb von ihr. Solche erdoberflächennahen Erdsphären sind zum Beispiel die Dekompositionssphäre mit ihren Verwitterungsdecken und die Phytogeosphäre, die alle terrestrischen Pflanzen umfasst.

Einige Erdsphären umhüllen den Planeten in kleinerem oder größerem Abstand zur Erdoberfläche, ohne mit ihr direkt verbunden zu sein. Solche erdoberflächenfernen, hohen Erdsphären sind zum Beispiel die Exosphäre als oberste Schicht der Atmosphäre und die Elektrosphäre, innerhalb derer die Atmosphäre eine höhere elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Außerdem existieren eine Reihe von Erdsphären, die vollständig in einigem Abstand unterhalb der Erdoberfläche liegen. Solche erdoberflächenfernen, tiefen Erdsphären sind zum Beispiel die Asthenosphäre als Schicht leicht angeschmolzener Gesteine unterhalb der Lithosphäre und die Barysphäre, die vor allem aus Eisen aufgebaut ist und sich im Zentrum des Planeten befindet.

Darüber hinaus bestehen viele der Erdsphären nicht fein getrennt nebeneinander. Stattdessen durchdringen und durchwirken sie sich in vielfältiger Weise. Solche durchdringenden Erdsphären sind zum Beispiel die Hydrosphäre und die Atmosphäre, die beide – als Bodenwasser und als Bodenluft – die Böden der Pedosphäre durchwirken. [1]
Mit Geosphäre wird zumeist eine Erdsphäre bezeichnet. Das Wort benennt also ein Phänomen der Erde, das sich häufig schalenähnlich um den ganzen Himmelskörper legt. Der Geosphäre-Begriff erfuhr innerhalb von 150 Jahren mindestens zehn verschiedene Definitionen, von welchen heute im deutschen Sprachraum noch fünf benutzt werden. Demzufolge besteht derzeit keine Einigkeit über Inhalt, Ausdehnung und Umfang der Geosphäre.

Vor allem geht es um die Geosphäre-Begriffe nach Stephen Pearl Andrews (1871) und Pierre Teilhard de Chardin (1956), sowie Hans Carol (1956).

Die feste Geosphäre nach Stephen Pearl Andrews umfasst jene Bestandteile des Planeten Erde, die aus festem Gestein bestehen oder noch darunter liegen. Die feste Geosphäre umfasst also die Lithosphäre und die noch tiefer liegenden Erdsphären:

Geosphäre → Lithosphäre / Asthenosphäre / Mesosphäre / Barysphäre (Erdaußenkern, Erdinnenkern).

Die in der Gliederung erwähnte Mesosphäre meint natürlich nicht jene Schicht der Erdatmosphäre gleichen Namens. Stattdessen wird hier auf die geosphärische Mesosphäre verwiesen, die ein Synonym für die unteren Anteile des Erdmantels darstellt. Außerdem wird eine moderne Begriffsbedeutung der Barysphäre als Synonym für den Erdkern berücksichtigt.

Die feste Geosphäre ist der vorherrschende Geosphäre-Begriff der „System-Erde-Forschung“.

Die abiotische Geosphäre nach Pierre Teilhard de Chardin umfasst sämtliche unbelebten Teile des globalen Ökosystems (der Biosphäre). Damit umfasst sie Abschnitte von Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre, die innerhalb des weltweiten Ökosystems liegen:

Biosphäre → globale Biozönose / Geosphäre (ökosphärische Abschnitte der Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre).

Die abiotische Geosphäre ist der Geosphäre-Begriff des International Geosphere-Biosphere Programme. Ein Synonym zur abiotischen Geosphäre lautet Physiosphäre.

Die geographische Geosphäre nach Hans Carol stellt einen Versuch dar, das allgemeine Objekt geographischer Forschung im realen Erdraum zu verorten. Zwar blieb sein Versuch nicht lange unwidersprochen und konnte sich international trotz einiger Anläufe nicht etablieren. Dennoch wird Carols geographische Geosphäre in seltenen Fällen immer noch in deutschsprachigen Publikationen verwendet:

Geosphäre → Anthroposphäre (Soziosphäre / Technosphäre) / Biosphäre → globale Biozönose (Phytosphäre, Zoosphäre) / Physiosphäre (Atmosphäre, Hydrosphäre, Reliefsphäre bzw. Lithosphäre bzw. Pedosphäre bzw. Dekompositionssphäre).

Ein Synonym für die geographische Geosphäre lautet Chorosphäre, gewann jedoch keine große Anhängerschaft.

Darüber hinaus existiert mit der Landschaftssphäre ein weiterer Begriff, der eine zumindest sehr große Bedeutungsgleichheit mit dem geographischen Geosphäre-Begriff aufweist. [2]
Terresterische Planeten haben einen Schalenaufbau, der sich wie bei dem Aufbau der Erde in Kruste, Mantel und Kern gliedert. Dabei nimmt die durchschnittliche Dichte jeder Schale nach innen zu. Bei der Erde betragen die typischen Dichtewerte bis 3 g/cm3 für die Kruste, 3–5 g/cm3 für den zähplastischen Erdmantel und über 10 g/cm3 für den großteils flüssigen, stark eisenhaltigen Erdkern.

Die Ursache der Ausbildung von Schalen bei planetaren Körpern ist die Trennung ihrer Ursubstanz durch gravitative Differenzierung. [3]
Der innere Aufbau der Erde, den vor allem die Geophysik untersucht, besteht idealisiert betrachtet aus konzentrischen Kugelschalen, deren Material jeweils eine deutlich unterschiedliche Dichte hat. Die Kugelschale mit der geringsten Dichte liegt am weitesten außen und wird als Erdkruste bezeichnet. Die Kugelschale mit der größten Dichte, eigentlich eine Vollkugel, liegt im Zentrum des Erdkörpers und wird Erdkern genannt. Im Schwerefeld sind die Grenzflächen dieser Schalen leicht abgeplattet.

Die Dichteschichtung im Erdkörper geht mit einer chemischen Differenzierung einher, d. h., jede Kugelschale hat eine charakteristische chemische Zusammensetzung. Neben der Einteilung der Kugelschalen nach chemischen Gesichtspunkten wird auch ein anderes Modell genutzt, das auf den rheologischen Eigenschaften des Materials im Erdkörper gründet. Dieses teilt den Erdkern in einen kristallinen inneren (Radius: 1.230 km) und einen dünnflüssigen äußeren Kern (Mächtigkeit: 2.200 km). Zudem unterscheidet es nicht zwischen Kruste und Mantel, sondern fasst die Kruste mit dem starren äußersten Teil des Mantels zur Lithosphäre zusammen, an die sich nach unten ein zähfließender Mantel anschließt.

Da sich die Bereiche unterhalb von wenigen Tausend Metern Tiefe einem direkten Zugriff des Menschen durch Bohrungen entziehen, fußt das Wissen um den Aufbau des Erdinneren zu einem Großteil auf der Seismik, das heißt, der Aufzeichnung und Auswertung von mechanischen Wellen, die sich durch den Erdkörper bewegen, ausgelöst z. B. durch Erdbeben oder Atomwaffentests. Das daraus resultierende seismische Profil des Erdkörpers ist durch zwei markante Diskontinuitäts­flächen gekennzeichnet. Diese gelten als Grenzflächen zwischen Erdkruste und Erdmantel bzw. Erdmantel und Erdkern.

Über andere geophysikalische Messungen kann auf das mechanische Verhalten des gesamten Erdkörpers geschlossen werden. So kann die Elastizität des Erdkörpers aus der Messung der Erdgezeiten abgeschätzt werden, infolge derer sich die Erdkruste zweimal täglich um bis zu 50 cm hebt und senkt.

Erdkern: An der Grenze vom Kern zum Mantel ändert sich die Dichte materialbedingt von 10 auf 5 g/cm3. Die Differenzierung in Kern- und Mantelmaterial geschah innerhalb der ersten paar Millionen Jahre nach Entstehung des Staubes im solaren Urnebel durch Aufschmelzen bei Kollisionen von Protoplaneten. Einige zehn Millionen Jahre später entstand erneut und zuletzt ein tiefer Magmaozean bei der Kollision zwischen Protoerde und Theia (angenommene Mondentstehung), deren metallische Kerne sich vereinigten. Der Kern war damals noch vollständig flüssig. Einige 100 Millionen Jahre später – unklar ist, ob vor oder nach Einsetzen der tiefen Mantelkonvektion – begannen im Zentrum Eisen und Nickel auszukristallisieren.
  • Innerer Erdkern: Der feste innere Kern der Erde reicht vom Erdmittelpunkt bis 5.100 km unter die Erdoberfläche. Der Druck beträgt hier bis zu 3,64 Millionen Bar und die Temperatur wird bei rund 6.000 K vermutet (etwa Oberflächentemperatur der Sonne).
  • Äußerer Erdkern: Der äußere Kern liegt in einer Tiefe zwischen rund 2.900 km und 5.100 km. Bei einer Temperatur zwischen 3.000°C und etwa 5.000°C ist dieser Teil des Kerns flüssig. Er besteht aus einer Nickel-Eisen-Schmelze, die möglicherweise auch geringe Anteile von Schwefel oder Sauerstoff enthält. Im Zusammenwirken mit der Erdrotation ist die bewegliche Eisenschmelze aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit verantwortlich für das Erdmagnetfeld.
  • Nach dem „PREM“ (Referenzmodell für seismische Geschwindigkeiten) macht der Erdkern mit seinen 1,94 · 1.024 kg etwa 32% der Erdmasse aus, aber nur 16% ihres Volumens. Daraus ergibt sich, dass seine mittlere Dichte über 10 g/cm3 beträgt (gegenüber 5,52 g/cm3 für den gesamten Erdkörper).
Der Erdmantel macht rund zwei Drittel der Erdmasse aus; die mittlere Dichte seiner Schalen liegt zwischen gut 3 und knapp 5 g/cm3. Die obere Begrenzung des Erdmantels wird Mohorovičić-Diskontinuität genannt (abgekürzt Moho). Sie wurde bereits 1909 wegen ihres markanten Dichtesprungs von etwa 0,5 g/cm3 nachgewiesen, durch den starke Bebenwellen gebeugt oder zur Erdoberfläche reflektiert werden.
  • D''-Schicht: Oberhalb der Kern-Mantel-Grenze befindet sich die sogenannte D''-Schicht, die als eine Art Übergangszone zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel betrachtet wird. Sie hat eine stark variierende Mächtigkeit von 200 bis 300 Kilometern und weist einen starken Temperaturgradienten auf. Von dort steigen Mantel-Plumes auf.
  • Unterer Mantel: Der untere Mantel besteht aus schweren Silikaten, die zusammen als Magnesiowüstit bezeichnet werden. Im unteren Mantel, von 660 bis 2.900 km Tiefe, herrscht eine Temperatur von etwa 2.000°C.
  • Übergangszone: Der Bereich zwischen 410 km und 660 km Tiefe gilt als Übergang vom oberen zum unteren Mantel, wird gelegentlich jedoch schon zum oberen Mantel gerechnet. Die Grenzen orientieren sich an den Tiefen der Mineral-Phasenübergänge des Olivins, dem Hauptbestandteil des oberen Mantels. Da die veränderte Mineralstruktur mit einer Änderung der Dichte und der seismischen Geschwindigkeit einhergeht, können diese Diskontinuitäten durch seismologische Methoden nachgewiesen und gemessen werden.
  • Oberer Mantel: Der obere Mantel beginnt in 410 km Tiefe und erstreckt sich bis herauf zur Erdkruste. Er besteht aus Peridotit, der sich aus Olivin und Pyroxen zusammensetzt, sowie einer Granat-Komponente. Der oberste Bereich des Mantels umfasst die sogenannte Lithosphäre, die weiter auch die Erdkruste mit einschließt, und die darunter liegende zähplastische Asthenosphäre.
Die Erdkruste ist die äußere Schicht im chemischen Modell des festen Erdkörpers und entspricht dem oberen Teil der Lithosphäre im rheologischen Modell. Sie besteht aus zwei unterschiedlichen Typen:
  • Die ozeanische Kruste ist grundsätzlich weniger als 10 km (durchschnittlich ca. 6 km) mächtig und bildet die tiefen ozeanischen Becken. Sie entsteht an den mittelozeanischen Rücken, an denen ständig basische Magmen empordringen und abkühlen. Die Magmen erstarren am und nahe dem Meeresboden zu Basalt und in größerer Krustentiefe zu Gabbro. So wird – einem Fließband ähnlich – neue ozeanische Kruste produziert. Deshalb wird die ozeanische Kruste mit wachsender Entfernung von den Rücken immer älter, durch ihre unterschiedliche magnetische Polarität ist dies großflächig nachweisbar. Da sie an Subduktionszonen wieder in den Mantel abtaucht und bis an die Kern-Mantel-Grenze absinkt, ist sie kaum irgendwo älter als 200 Millionen Jahre.
  • Die kontinentale Kruste ist im Durchschnitt ca. 35 km mächtig und kann unter Hochgebirgen bis zu 80 km mächtig sein („Isostasie“). Sie bildet die Kontinente einschließlich der Schelfe. Intern zeigt die kontinentale Erdkruste eine vertikale Zweiteilung in eine spröde Oberkruste und eine duktile Unterkruste. Der durchschnittliche Mineralbestand ist granitisch, d. h., dass der Anteil an Quarz und Alkalifeldspäten höher ist als in der ozeanischen Kruste. Kontinentale Kruste hat damit auch eine geringere Dichte als ozeanische Kruste, weshalb sie nicht tief subduziert werden kann. Generell sind die Kontinente geologisch wesentlich komplexer aufgebaut und durchschnittlich deutlich älter als die Ozeanbecken.
Die obere Begrenzung der Erdkruste ist entweder der Grund der Gewässer oder die Grenzfläche zwischen Atmosphäre und trockenem Land. Das heißt, Sedimente in Seen und Meeren werden der Erdkruste hinzugerechnet.

In der Erdkruste und an ihrer Oberfläche sind die Gesteine einem ständigen Umwandlungsprozess unterworfen (Kreislauf der Gesteine). Es gibt heute keine Gesteine mehr, die seit der ersten Krustenbildung in der Erdgeschichte unverändert geblieben sind. Die ältesten bekannten Krustengesteine der Erde haben ein Protolith-Alter von gut vier Milliarden Jahren. [4]
  [1]  Wikipedia (de): Erdsphäre
  [2]  Wikipedia (de): Geosphäre
  [3]  Wikipedia (de): Schalenaufbau
  [4]  Wikipedia (de): Innerer Aufbau der Erde 		 
Wikipedia (en): Geosphere
 
Wikipedia (en): Internal structure of Earth
Daten
Erfasst werden alle Sphären und Schalen der Erde nach geltender Systematik.
Anzahl: etwa ... Datensätze.
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Quellen und Material
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Wikipedia (de) – Listen
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Wikipedia (en) – Listen
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