Benutzer:Geof/Forschungsgeschichte des Erdinneren

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Begründung: Was hat es eigentlich mit diesem Artikel auf sich? Ist irgendwann angefangen worden und macht den Eindruck eines Brainstorming. Seit langer Zeit ist nicht mehr ernsthaft an einer Fortführung gearbeitet worden. Einige Abschnitte sind überhaupt nicht ausgearbeitet, unter Methoden wird u.a. Vulkanismus aufgeführt... Das ist IMO ziemlicher Murks. --seismos 00:40, 1. Nov. 2008 (CET)

Die Erforschung des Erdinneren hat im Sinne heutiger „exakter Naturwissenschaft“ eine etwa 200-jährige Forschungsgeschichte. Doch sind bereits von den griechischen Naturphilosophen erste Gedanken über die Struktur der Erde überliefert.

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Methoden zur Erforschung des Erdinneren

Prinzipiell lassen sich die Verfahren, den inneren Aufbau des Erdkörpers zu erforschen, auf folgende Weise gliedern:

• Vulkanische Phänomene und Tiefenwässer
• Geologische Phänomenologie (Beobachtungen von Gesteinen, Landformen und Veränderungen)
• Analogieschlüsse aus Astronomie (Meteoriten, Mond) und aus terrestrischer Physik
• Bergbau, Bohrungen und Gebirgsbildung
• Geothermie (z.B. altbekannte Geothermische Tiefenstufe)
• Geomagnetik (erste Interpretationen um 1500)
• Erdmessung ("Erdwägung" und Erdfigur, ab etwa 1600)
• Gravimetrie und Isostasie (ab etwa 1700)
• Erdbeben (Seismologie) und Seismik
• Geoelektrik (nur für Erdkruste; ab etwa 1900)
• Radioaktivität und rechnerische Erdmodelle (ab etwa 1910)
• Entwicklung und Alter von Gesteinen und Himmelskörpern
• Daten "von außen": durch Himmelsmechanik (ab ~1800) und künstliche Erdsatelliten (Schwerefeld, Fernerkundung, Geodynamik).

Antike Naturphilosophie

5. Jahrhundert v. Chr.

Die ersten konkreten Gedanken zur Struktur der "Erdkugel" sind vom altgriechischen Naturphilosophen Anaximander überliefert, einem sehr kritischen Schüler des berühmten Thales von Milet. Er postulierte, dass die Erde nicht nur eine Kugel sein müsse - das Idealbild von einem Himmelskörper - sondern auch völlig frei im Weltraum schweben müsse. Wieweit er dabei auch Vorstellungen der Gesteine im Erdinnern gehabt hat, ist zwar in der Literatur nicht ohne vertiefte Studien zugänglich, kann aber als sicher angenommen werden, denn

1. hat eine so revolutionäre Vorstellung - die allen bisherigen Denkmodellen wie Erdscheibe, Himmelsgewölbe, unterirdische "Pfeiler" oder tragende Riesenschildkröte widersprach - mit Sicherheit zu Diskussionen mit seinen Schülern und wohl auch mit seinen Konkurrenten geführt;
2. musste eine frei schwebende Kugel bereits in der antiken Vorstellungswelt einen inneren Zusammenhalt haben;
3. gab es genug Analoga aus der damaligen terrestrischen Erfahrungswelt (Felsen, Sand, Glas usw.) und auch der Astronomie (Gedanken über die Sonne und die Mondphasen), dass eine so große Kugel ohne bindendes Material zerfallen müsse.

Frühe Neuzeit

(Zusammenschau folgt später; siehe einige Geo- und Kosmografen, erste "Geophysiker" von Athanasius Kircher bis Newton

18. und 19. Jahrhundert

(Siehe auch Erdmessung, James Hutton, Geophysik, Geschichte der Naturwissenschaften

20. Jahrhundert

Während bis etwa 1900 die Vorstellungen vom Erdinnern eher qualitativer Natur waren, kam es zu Beginn des 20. Jahrhundert zu messtechnischen und analytischen Entwicklungen der Geowissenschaften, die erstmals verlässliche quantitative Daten des tiefen Untergrundes ergaben.

Entscheidende Rollen spielten dabei zwei Geophysiker: der Kroate S.Mohorovicic (1857-1936) und der deutsche Beno Gutenberg (1889-1960). Ersterer entdeckte die Trennfläche zwischen Gesteinskruste und Erdmantel anhand ihres Dichteunterschiedes, der zu Ablenkungen von Erdbebenwellen führte. Sie liegt etwa 40 km unter den Kontinenten und wurde Mohorovicic-Diskontinuität (oder kurz Moho-Fläche) genannt.

Gutenberg wiederum trug mit seinen grundlegenden Forschungen zur Theorie dieser Wellen entscheidend zum heutigen Verständnis des komplexen Schalenaufbaues der Erde und zur späteren Plattentektonik bei. Als er 1908 von Darmstadt nach Göttingen wechselte, wurde er bald der wichtigste Mitarbeiter von Emil Wiechert, der unter anderem die zweischaligen Gleichgewichtsfiguren erforschte. Schon 2 Jahre nach seiner Promotion gelang es Gutenberg, aus schräg reflektierten Bebenwellen zweier Fernbeben erstmals eine genaue Tiefe des Erdkerns zu bestimmen (siehe Literatur). Sein Wert von 2900 km gilt im wesentlichen noch heute; die Kern-Mantel-Grenze wird daher in der älteren Literatur auch Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität genannt.

Nach dem Kriegsdienst setzte er 1926 als Professor in Frankfurt am Main seine Forschungen fort, publizierte zahlreiche Artikel und 3 bedeutende Lehrbücher, bis er 1929 ans CalTech (USA) wechselte und 1936/1947 das Seismologische Labor übernahm. Gemeinsam mit Charles Francis Richter erarbeitete er den Zusammenhang zwischen Bebenenergie und Magnitude, die später allerdings statt Gutenberg-Richter-Skala nur mehr Richter-Skala hieß. Ferner entdeckte Gutenberg im oberen Erdmantel eine Zone mit niedriger seismischer Geschwindigkeit, die heute als Asthenosphäre (griech. nachgiebige Schicht) bekannt ist. Die Grenze zwischen ihr und der festen Lithosphäre (die noch unter die Moho-Krustengrenze reicht) heißt inzwischen Gutenberg-Diskontinuität. Schon 1933 wurde der Entdecker mit der William Bowie Medal der American Geophysical Union (AGU) geehrt, in den 1950ern mit dem deutschen Wiechert- und dem Lagrange-Preis.

Ganz andere Forschungsmethoden benützten der Österreicher Karl Ledersteger (1900-1970) und der gebürtige Ungar Laszlo Egyed (1914-1970). Letzterer hing der Expansionstheorie an (vermutete Rate +1mm/Jahr), die in den 1970er Jahren von Samuel Warren Carey (1911–2002) weitergeführt wurde und eine Alternativhypothese zur Plattentektonik war. Die Konkurrenz der beiden Hypothesen befruchtete die Geophysik und Geologie ungemein. Ledersteger hingegen entwickelte die Theorie der Gleichgewichtsfiguren weiter und kam - trotz noch relativ dünnem Datenmaterial - auf den erstaunlich genauen Wert für die mittlere Krustendicke. Seine 33 km wurden erst 25 Jahre später auf 38 km verbessert.

(Weiters siehe Astrogeodäsie, Geomagnetik, Geothermik, Gleichgewichtsmodelle, Gravimetrie und Isostasie, Kosmologie, Seismik und Raumsonden).

Literatur

Originalarbeiten 1910-1960

• K.E. Bullen, An Introduction to the Theory of Seismology. 2nd edition, University Press, Camcridge 1953.
• K.E. Bullen, A new method of deriving seismic velocity distributions from travel-time data, Geophys.Journal R.A.Soc.3, p.258-259, London 1960.
• Beno Gutenberg, Über die Erdbebenwellen VII. Beobachtungen an Registrierungen von Fernbeben in Göttingen und Folgerungen über die Konstitution des Erdkörpers. Nachr.K.Ges. Wiss., Math.-Phys. Klasse p.1-52, Göttingen 1914.
• B. Gutenberg und C.F. Richter, On seismic waves, Gerlands Beiträge zur Geophysik 47, p.73-131, Leipzig 1936.
• S.Mohorovicic, Das Beben vom 8.10.1909, Jahrbuch des meteorologischen Observatoriums p.1-63, Agram (Zagreb) 1910.

Sammelwerke nach 1960

• Laszlo Egyed, Physik der festen Erde, 370 p., Akadémiai Kiadó, Budapest 1969.
• Karl Ledersteger, Astronomische und Physikalische Geodäsie, 871 p., J.E.K. Band V, Verlag J.B.Metzler, Stuttgart 1969.
• Walter Kertz, Einführung in die Geophysik, TB 232 p., Spektrum Akademischer Verlag 1970/1992.
• F. Press, R. Siever, Understanding Earth [populärwiss.], W.H. Freeman, New York 2000.

Weblinks

• Kurzbiografie von B.Gutenberg

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