Benutzer:Elektrofisch/Erde rein wissenschaftlich

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Dieser Artikel behandelt den Planeten Erde, zu weiteren Bedeutungen siehe Erde (Begriffsklärung).
Erde  Earth symbol alternate.svg
Die Erde, aufgenommen von Apollo 17 am 7. Dezember 1972.
Die Erde, aufgenommen von Apollo 17 am 7. Dezember 1972.
Eigenschaften des Orbits[1]
Große Halbachse AE
(149,6 Mio. km)
Perihel – Aphel 0,983 – 1,017 AE
Exzentrizität 0,0167
Neigung der Bahnebene 0°
Siderische Umlaufzeit 365,256 d
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit 29,78 km/s
Physikalische Eigenschaften[1]
Äquator- – Poldurchmesser* 12.756,32 – 12.713,55[2] km
Masse 5,974 · 1024 kg
Mittlere Dichte 5,515 g/cm3
Fallbeschleunigung* 9,80665 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit 11,186 km/s
Rotationsperiode 23 h 56 min 4,1 s
Neigung der Rotationsachse 23,44°
Geometrische Albedo 0,367
Eigenschaften der Atmosphäre
Druck* 1,014[1] bar
Temperatur*
Min. – Mittel – Max.
184 K (–89 °C)
288 K (+15 °C)
331 K (+58 °C)
Hauptbestandteile
*bezogen auf das Nullniveau des Planeten
Sonstiges
Monde 1
Solar system scale-2.jpg
Größenvergleich zwischen Ausschnitt der Sonne, Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun (von links nach rechts, maßstabsgerechte Fotomontage).

Die Erde (von urgermanisch *erþō; altgr. ἔρα éra[3]) ist nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft, die von den Theoretikern des Innenweltkosmos bestitten wird, mit einer durchschnittlichen Entfernung von 149,6 Millionen km zur Sonne höchstwahrscheinlich der dritte Planet im Sonnensystem. Ihr Durchmesser beträgt nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft über 12.700 km. Sie ist nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft etwa 4,6 Milliarden Jahre alt, was von den Vertretern des Junge-Erde-Kreationismus bestritten wird. Sie ist der einzige bekannte belebte Himmelskörper, was von den Vertretern der Ufologie bestitten wird. Nach der vorherrschenden chemischen Beschaffenheit der Erde wird der Begriff der erdartigen (terrestrischen) oder auch erdähnlichen Planeten definiert, sofern es diese außerhalb des Sonnensystems geben sollte. Das astronomische Symbol der Erde ist ♁.

Umlaufbahn[Bearbeiten]

Hauptartikel: Erdbahn

Gemäß dem ersten keplerschen Gesetz umkreist nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft die Erde die Sonne auf einer elliptischen Bahn, die Sonne befindet sich nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft in einem der Brennpunkte der Ellipse. Der nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft sonnenfernste Punkt der Umlaufbahn, das Aphel, und der nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft sonnennächste Punkt, das Perihel, sind die beiden Endpunkte der Hauptachse der Ellipse. Der nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft Mittelwert des Aphel- und Perihelabstandes ist nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft die große Halbachse der Ellipse und beträgt nach derzeitiger Meinung der Wissenschaft etwa 149,6 Mio. km. Ursprünglich wurde dieser Abstand der Definition der Astronomischen Einheit (AE) zugrunde gelegt, die als astronomische Längeneinheit hauptsächlich für Entfernungsangaben innerhalb des Sonnensystems verwendet wird.

Das Perihel liegt bei 0,983 AE (147,1 Mio. km) und das Aphel bei 1,017 AE (152,1 Mio. km). Die Exzentrizität der Ellipse beträgt also 0,0167. Der Perihel-Durchgang erfolgt um den 3. Januar und der Aphel-Durchgang um den 5. Juli. Für einen Sonnenumlauf benötigt die Erde 365 Tage, 6 Stunden, 9 Minuten und 9,54 Sekunden; diese Zeitspanne wird auch als siderisches Jahr bezeichnet. Das siderische Jahr ist 20 Minuten und 24 Sekunden länger als das tropische Jahr, das die Basis für das bürgerliche Jahr der Kalenderrechnung bildet. Die Bahngeschwindigkeit beträgt im Mittel 29,78 km/s, im Perihel 30,29 km/s und im Aphel 29,29 km/s; somit legt der Planet eine Strecke von der Größe seines Durchmessers in gut sieben Minuten zurück.

Zur inneren Nachbarbahn der Venus hat die Erdbahn einen mittleren Abstand von 0,28 AE (41,44 Mio. km) und bis zur äußeren Nachbarbahn des Mars sind es im Mittel 0,52 AE (78,32 Mio. km).

Der Umlaufsinn der Erde ist rechtläufig, das heißt, dass sie sich entsprechend der Regel der Drehrichtung im Sonnensystem vom Nordpol der Erdbahnebene aus gesehen dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt um die Sonne bewegt.

Die Bahnebene der Erde wird Ekliptik genannt. Die Ekliptik ist um gut 7° gegen die Äquatorebene der Sonne geneigt. Der Nordpol der Sonne ist der Erde am stärksten gegen Anfang September zugewandt, der solare Südpol wiederum gegen Anfang März. Nur um den 6. Juni und den 8. Dezember befindet sich die Erde kurz in der Ebene des Sonnenäquators.

Rotation[Bearbeiten]

Hauptartikel: Erdrotation
Siderischer Tag (1–2) und Sonnentag (1–3).

Die Erde rotiert rechtläufig – in Richtung Osten – in 23 Stunden, 56 Minuten und 4,09 Sekunden relativ zu den Fixsternen ein Mal um ihre eigene Achse. Analog zum siderischen Jahr wird diese Zeitspanne als ein siderischer Tag bezeichnet. Aufgrund der Bahnbewegung der Erde entlang ihrer Umlaufbahn im gleichen Drehsinn und der daraus resultierenden leicht unterschiedlichen Position der Sonne an nacheinander folgenden Tagen ist ein Sonnentag, der als die Zeitspanne zwischen zwei Sonnenhöchstständen (Mittag) definiert ist, etwas größer als ein siderischer Tag und wird nach Definition in 24 Stunden eingeteilt. Die Geschwindigkeit der Kreisbewegung des Erdäquators beträgt 464 m/s bzw. 1670 km/h.

Durch die Geschwindigkeit der Erdrotation und die dadurch bedingte Fliehkraft ist die Figur der Erde an den Polen geringfügig abgeplattet und dafür gegen ihren Äquator zu einem sogenannten Äquatorwulst verformt. Gegenüber einer volumengleichen Kugel ist der Äquatorradius 7 Kilometer größer und der Polradius 14 Kilometer kleiner. Der Durchmesser ist am Äquator etwa 43 km größer als der von Pol zu Pol. Der Gipfel des Chimborazo ist wegen seiner Nähe zum Äquator der Punkt der Erdoberfläche, der am weitesten vom Erdmittelpunkt entfernt ist.

Die Rotationsachse der Erde ist 23°26' gegen die senkrechte Achse der Ekliptik geneigt, dadurch werden die Nord- und die Südhalbkugel der Erde an verschiedenen Punkten ihrer Umlaufbahn um die Sonne unterschiedlich beschienen, was zu den das Klima der Erde prägenden Jahreszeiten führt. Die Richtung der Achsneigung fällt für die Nordhalbkugel derzeit in die ekliptikale Länge des Sternbilds Stier. In dieser Richtung steht, von der Erde aus gesehen, am 21. Juni auch die Sonne zur Sommersonnenwende. Da die Erde zwei Wochen später ihr Aphel durchläuft, fällt der Sommer auf der Nordhalbkugel in die Zeit ihres sonnenfernen Bahnbereichs.

Präzession und Nutation[Bearbeiten]

Präzessionsbewegung der Erde

Die Gezeitenkräfte des Mondes und der Sonne bewirken an dem Äquatorwulst der Erde ein Drehmoment, das die Erdachse aufzurichten versucht und zu einer Kreiselbewegung der Rotationsachse führt. Ein vollständiger Kegelumlauf dieser lunisolaren Präzession dauert etwa 25.700 bis 25.800 Jahre. Mit diesem Zyklus der Präzession verschieben sich die Jahreszeiten. Der Mond verursacht durch die Präzessionsbewegung seiner eigenen Umlaufbahn mit einer Periode von 18,6 Jahren eine zusätzliche „nickende“ Bewegung der Erdachse, die als Nutation bezeichnet wird. Der Einfluss des Mondes bewirkt zugleich eine Stabilisierung der Erdachsenneigung, die ohne ihn durch die Anziehungskraft der Planeten bis zu einer Schräglage von 85° taumeln würde.[4]

Rotationsdauer und Gezeitenkräfte[Bearbeiten]

Die Gravitation von Mond und Sonne verursacht auf der Erde die Gezeiten. Der Anteil von der Sonne ist dabei etwa halb so groß wie der des Mondes. Damit verbunden ist die Gezeitenreibung von Ebbe und Flut der Meere. Diese bremst die Erdrotation und verlängert dadurch gegenwärtig die Tage um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr. Die Gezeiten wirken sich auch auf die Landmassen aus, die sich um etwa einen halben Meter heben und senken. Die Rotationsenergie der Erde wird dabei in Wärme umgewandelt. Der Drehimpuls wird auf den Mond übertragen, der sich dadurch um etwa vier Zentimeter pro Jahr von der Erde entfernt. Dieser schon lange vermutete Effekt ist seit etwa 1995 durch Laserdistanzmessungen abgesichert. Extrapoliert man diese Abbremsung in die Zukunft, wird auch die Erde einmal dem Mond immer dieselbe Seite zuwenden, wobei ein Tag auf der Erde dann etwa siebenundvierzig Mal so lang wäre wie heute. Damit unterliegt die Erde demselben Effekt, der in der Vergangenheit schon zur gebundenen Rotation (Korotation) des Mondes geführt hat.

Für Details siehe: Langfristige Änderungen der Erdrotation und Moderne Gezeitentheorie
Abstandsverhältnis der Erde zur Sonne und zu den unteren Planeten:
(Größe der Planeten nicht maßstabsgetreu)
Abstandverhältnis Erde/Mond, Venus, Merkur, Sonne. Die Größe der Sonne ist hierbei maßstabsgetreu.
Erde/Mond Venus Merkur Sonne (maßstabsgetreu)

Aufbau[Bearbeiten]

Innerer Aufbau[Bearbeiten]

Hauptartikel: Innerer Aufbau der Erde, Erdfigur

Zusammengesetzt ist die Erde hauptsächlich aus Eisen (32,1 %), Sauerstoff (30,1 %), Silizium (15,1 %), Magnesium (13,9 %), Schwefel (2,9 %), Nickel (1,8 %), Calcium (1,5 %) und Aluminium (1,4 %). Die restlichen 1,2 % teilen sich Spuren von anderen Elementen.

Nach seismischen Messungen ist die Erde hauptsächlich aus drei Schalen aufgebaut: Aus dem Erdkern, dem Erdmantel und der Erdkruste. Diese Schalen sind durch seismische Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) voneinander abgegrenzt. Die Erdkruste und der oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die so genannte Lithosphäre. Sie ist zwischen 50 und 100 km dick und zergliedert sich in große und kleinere tektonische Einheiten, die Platten.

Ein dreidimensionales Modell der Erde wird, wie alle verkleinerten Nachbildungen von Weltkörpern, Globus genannt.

Oberfläche[Bearbeiten]

Hauptartikel: Erdoberfläche

Der Äquatorumfang ist durch die Zentrifugalkraft der Rotation mit 40.075,017 km um 67,154 km bzw. um 0,17 % größer als der Polumfang mit 40.007,863 km (bezogen auf das geodätische Referenzellipsoid von 1980). Der Poldurchmesser ist mit 12.713,504 km dementsprechend um 42,816 km bzw. um 0,34 % kleiner als der Äquatordurchmesser mit 12.756,320 km (bezogen auf das Referenzellipsoid; die tatsächlichen Zahlen weichen davon ab). Die Unterschiede im Umfang tragen mit dazu bei, dass es keinen eindeutig höchsten Berg auf der Erde gibt. Nach der Höhe über dem Meeresspiegel ist es der Mount Everest im Himalaya und nach dem Abstand des Gipfels vom Erdmittelpunkt der auf dem Äquatorwulst stehende Vulkanberg Chimborazo in den Anden. Von der jeweils eigenen Basis an gemessen ist der Mauna Kea auf der vom pazifischen Meeresboden aufragenden großen vulkanischen Hawaii-Insel am höchsten.

Wie die meisten festen Planeten und fast alle größeren Monde, zum Beispiel der Erdmond, weist auch die Erde eine deutliche Zweiteilung ihrer Oberfläche in unterschiedlich ausgeprägte Halbkugeln auf. Die Oberfläche von ca. 510 Mio. km² unterteilt sich in eine Landhemisphäre und eine Wasserhemisphäre. Die Landhalbkugel ist die Hemisphäre mit dem maximalen Anteil an Land. Er beträgt mit 47 % knapp die Hälfte der sichtbaren Fläche. Die Fläche der gegenüberliegenden Wasserhalbkugel enthält nur 11 % Land und wird durch Ozeane dominiert.

Damit ist die Erde der einzige Planet im Sonnensystem, auf dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche existiert. In den Meeren sind 96,5 % des gesamten Wassers des Planeten enthalten. Das Meerwasser enthält im Durchschnitt 3,5 % Salz.

Die Wasserfläche hat in der gegenwärtigen geologischen Epoche einen Gesamtanteil von 70,7 %. Die von der Landfläche umfassten 29,3 % entfallen hauptsächlich auf sieben Kontinente; der Größe nach: Asien, Afrika, Nordamerika, Südamerika, Antarktika, Europa und Australien (Europa ist als große westliche Halbinsel Asiens im Rahmen der Plattentektonik allerdings wahrscheinlich nie eine selbstständige Einheit gewesen). Die kategorische Grenzziehung zwischen Australien als kleinstem Erdteil und Grönland als größter Insel wurde nur rein konventionell festgelegt. Die Fläche des Weltmeeres wird im Allgemeinen in drei Ozeane einschließlich der Nebenmeere unterteilt: den Pazifik, den Atlantik und den Indik. Die tiefste Stelle, das Witjastief 1 im Marianengraben, liegt 11.034 m unter dem Meeresspiegel. Die durchschnittliche Meerestiefe beträgt 3.800 m. Das ist etwa das fünffache der bei 800 m liegenden mittleren Höhe der Kontinente (s. hypsographische Kurve).

Plattentektonik[Bearbeiten]

Hauptartikel: Plattentektonik

Die größten Platten entsprechen in ihrer Anzahl und Ordnung in etwa jener der von ihnen getragenen Kontinente, mit Ausnahme der pazifischen Platte. All diese Schollen bewegen sich gemäß der Plattentektonik relativ zueinander auf den teils aufgeschmolzenen, zähflüssigen Gesteinen des oberen Mantels, der 100 bis 150 km mächtigen Asthenosphäre.

Magnetisches Feld[Bearbeiten]

Hauptartikel: Erdmagnetfeld

Das die Erde umgebende magnetische Feld wird von einem Geodynamo erzeugt. Das Feld ähnelt nahe der Erdoberfläche einem magnetischen Dipol. Die magnetischen Feldlinien treten auf der Südhalbkugel der Erde aus und durch die Nordhalbkugel wieder in die Erde ein. Im Erdmantel verändert sich die Form des Magnetfeldes. Oberhalb der Erdatmosphäre wird das Dipolfeld durch den Sonnenwind verformt.

Die geomagnetischen Pole der Erde fallen nicht genau mit den geographischen Polen der Erde zusammen. Im Jahr 2007 war die Achse des geomagnetischen Dipolfeldes um etwa 11,5° gegenüber der Erdachse geneigt.

Atmosphäre[Bearbeiten]

Hauptartikel: Erdatmosphäre
Diese Ansicht aus der Umlaufbahn zeigt den Vollmond, der von der Erdatmosphäre teilweise verdunkelt wird. NASA Bild.

Die Erde besitzt eine etwa 640 km hohe Atmosphäre. Deren Masse beträgt 5,13 x 1018 kg und macht somit knapp ein Millionstel der Erdmasse aus. Der mittlere Luftdruck auf dem Niveau des Meeresspiegels beträgt 1.013 hPa. In den bodennahen Schichten besteht die Lufthülle im Wesentlichen aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und zu 1 % aus Edelgasen, überwiegend Argon. Dazu kommt ein wechselnder Anteil an Wasserdampf von 0 bis 5 %, der das Wettergeschehen bestimmt. Der für den Treibhauseffekt wichtige Anteil an Kohlendioxid steigt zur Zeit durch menschlichen Einfluss und liegt jetzt bei etwa 0,038 % (Stand 2005).

Die auf der Erde gemessenen Temperaturextreme betragen –89,6 °C (gemessen am 21. Juli 1983 in der Wostok-Station in der Antarktis auf 3.420 Metern Höhe, was einer Temperatur von –60 °C auf Meereshöhe entspräche) und +58 °C (gemessen am 13. September 1922 in Al 'Aziziyah in Libyen auf 111 Metern Höhe). Die mittlere Temperatur in Bodennähe beträgt 15 °C; die Schallgeschwindigkeit bei dieser Temperatur beträgt in der Luft auf Meeresniveau etwa 340 m/s.

Die Erdatmosphäre streut den kurzwelligen, blauen Spektralanteil des Sonnenlichts etwa fünfmal stärker als den langwelligen, roten und bedingt dadurch bei hohem Sonnenstand die Blaufärbung des Himmels. Dass die Oberfläche der Meere und Ozeane vom Weltall aus gesehen blau erscheinen, weswegen die Erde seit dem Beginn der Raumfahrt auch der „Blaue Planet“ genannt wird, ist jedoch auf die stärkere Absorption roten Lichtes im Wasser selbst zurückzuführen. Die Spiegelung des blauen Himmels an der Wasseroberfläche ist dabei nur von nebensächlicher Bedeutung.

Klima[Bearbeiten]

Klimazonen[Bearbeiten]

Die Erde wird anhand unterschiedlich intensiver Sonneneinstrahlung in Klimazonen eingeteilt, die sich vom Nordpol zum Äquator erstrecken – und auf der Südhalbkugel spiegelbildlich verlaufen.

Klimazone ungefähre Breitengrade Nord/Süd ungefähre Durchschnittstemperatur
Polarzone/Kalte Zone Nord-/Südpol bis Polarkreise 0 °C
Gemäßigte Zone Polarkreise bis 40° 8 °C
Subtropen 40° bis 23,5° (Wendekreise) 16 °C
Tropen 23,5° bis Äquator 24 °C

Die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen sind umso stärker, je weiter die Klimazone vom Äquator und vom nächsten Ozean entfernt liegt.

Polarzone[Bearbeiten]

Unter den Polargebieten versteht man zum einen die Region innerhalb des nördlichen Polarkreises, die Arktis, sowie die Region innerhalb des südlichen Polarkreises, die Antarktis, die den größten Teil des Kontinents Antarktika enthält.

Besonderes Kennzeichen der Polarregionen sind neben dem kalten Klima mit viel Schnee und Eis der bis zu einem halben Jahr dauernde Polartag mit der Mitternachtssonne bzw. die Polarnacht, aber auch die Polarlichter.

Gemäßigte Zone[Bearbeiten]

Klimagürtel der Erde

Die gemäßigte Klimazone erstreckt sich vom Polarkreis bis zum vierzigsten Breitengrad und wird in eine kalt-, kühl- und warmgemäßigte Zone eingeteilt.

Diese Zone weist einen großen Unterschied zwischen den Jahreszeiten auf, der in Richtung des Äquators jedoch etwas abnimmt.

Ein weiteres Merkmal sind die Unterschiede zwischen Tag und Nacht, die je nach Jahreszeit stark variieren. Diese Unterschiede nehmen, je näher man dem Pol kommt, immer mehr zu.

Die Vegetation wird durch Nadel-, Misch- und Laubwälder geprägt, wobei die Nadelwälder in Richtung Äquator immer weniger werden.

Subtropen[Bearbeiten]

Die Subtropen liegen in der geographischen Breite zwischen den Tropen in Äquatorrichtung und den gemäßigten Zonen in Richtung der Pole, ungefähr zwischen 25° und 40° nördlicher beziehungsweise südlicher Breite. Diese Gebiete haben typischerweise tropische Sommer und nicht-tropische Winter. Man kann sie unterteilen in trockene, winterfeuchte, sommerfeuchte und immerfeuchte Subtropen.

Eine weit verbreitete Definition definiert das Klima dort als subtropisch, wo die Mitteltemperatur im Jahr über 20 Grad Celsius liegt, die Mitteltemperatur des kältesten Monats jedoch unter der Marke von 20 Grad bleibt.

Die Unterschiede zwischen Tag und Nacht fallen relativ gering aus.

Die Vegetation reicht von der Artenvielfalt, wie sie zum Beispiel im Mittelmeer auftritt, über die Vegetation der trockenen Savanne bis hin zur kargen oder auch völlig fehlenden Vegetation in Wüsten wie der Sahara.

Tropen[Bearbeiten]

Die Tropen befinden sich zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis. Die Tropen können in die wechselfeuchten und immerfeuchten Tropen unterschieden werden.

In den Tropen sind Tag und Nacht immer ungefähr gleichlang (zwischen 10,5 und 13,5 Stunden). Klimatische Jahreszeiten gibt es nur in den wechselfeuchten Tropen und lassen sich lediglich in Trocken- und Regenzeit unterscheiden.

Typisch für die wechselfeuchten Tropen sind die Feuchtsavannen, die sich nördlich und südlich der großen Regenwälder befinden. Sie zeichnen sich durch ihre weiten Grasländer aus. Beispiele sind die afrikanische Savanne und der Pantanal in Südbrasilien und Paraguay.

Für die immerfeuchten Tropen, die sich rund um den Äquator befinden, sind die großen, sehr artenreichen Regenwälder, wie zum Beispiel diejenigen der Amazonasregion, typisch.

Jahreszeiten[Bearbeiten]

Die Neigung der Erdachse.

Die Jahreszeiten werden in erster Linie von der Einstrahlung der Sonne verursacht und können infolgedessen durch Temperatur- und/oder Niederschlagsmengenschwankungen geprägt sein. In der gemäßigten Zone wird darunter gewöhnlich der Wechsel der Tageshöchst- bzw. Tagestiefsttemperaturen verstanden. In subtropischen (und noch ausgeprägter in tropischen) Regionen wird dieses Temperaturregime stärker durch Schwankungen der Monatsmittel des Niederschlags überlagert und in seiner Wahrnehmbarkeit beeinflusst.

Die Unterschiede entstehen durch die Neigung des Äquators gegen die Ekliptik. Dies hat zur Folge, dass der Zenitstand der Sonne zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis hin- und herwandert (daher auch der Name Wendekreis). Dadurch entstehen neben den unterschiedlichen Einstrahlungen auch die unterschiedlichen Tag- und Nachtlängen, die mit zunehmender Polnähe immer ausgeprägter werden.

Die Wanderung erfolgt im Jahresrhythmus wie folgt:

  • 21. Dezember (Wintersonnenwende): Die Sonne steht über dem südlichen Wendekreis (Wendekreis des Steinbocks). Auf der Nordhalbkugel ist nun der kürzeste und auf der Südhalbkugel der längste Tag des Jahres. Der astronomische Winter beginnt. Durch die nun geringe Einstrahlung der Sonne auf die Nordhalbkugel erreicht die mittlere (Tages- bzw. Monats-)Temperatur dort mit einiger Verzögerung ihren Tiefpunkt. Am Nordpol ist die Mitte der Polarnacht und am Südpol die Mitte des Polartags.
  • 19. bis 21. März: Tagundnachtgleiche: astronomischer Frühlingsbeginn im Norden und astronomischer Herbstbeginn im Süden. Die Sonne ist auf Höhe des Äquators.
  • 21. Juni (Sommersonnenwende): Die Sonne steht über dem nördlichen Wendekreis (Wendekreis des Krebses). Längster Tag im Norden und kürzester Tag im Süden. Auf der Nordhalbkugel beginnt nun der astronomische Sommer und auf der Südhalbkugel der astronomische Winter. Durch die höhere Einstrahlung der Sonne auf die Nordhalbkugel erreicht die mittlere Tages- bzw. Monatstemperatur dort mit einiger Verzögerung ihren Höchstpunkt. Am Nordpol ist die Mitte des Polartags und am Südpol die Mitte der Polarnacht.
  • 22. oder 23. September: Tagundnachtgleiche: Im Norden beginnt astronomisch der Herbst, im Süden der Frühling. Die Sonne ist erneut auf Höhe des Äquators.

Abweichend davon wird in der Meteorologie der Beginn der Jahreszeiten jeweils auf den Monatsanfang vorverlegt (1. Dezember, 1. März usw.).

Globaler Energiehaushalt[Bearbeiten]

Der Energiehaushalt der Erde wird im Wesentlichen durch die Einstrahlung der Sonne und die Ausstrahlung der Erdoberfläche bzw. Atmosphäre bestimmt, also durch den Strahlungshaushalt der Erde. Die restlichen Beiträge von zusammen etwa 0,02 % liegen deutlich unterhalb der Messungsgenauigkeit der Solarkonstanten sowie ihrer Schwankung im Lauf eines Sonnenfleckenzyklus.

Etwa 0,013 % macht der durch radioaktive Zerfälle erzeugte geothermische Energiebeitrag aus, etwa 0,007 % stammen aus der menschlichen Nutzung fossiler und nuklearer Energieträger und etwa 0,002 % verursacht die Gezeitenreibung.

Die geometrische Albedo der Erde beträgt im Mittel 0,367, wobei ein wesentlicher Anteil auf die Wolken der Erdatmosphäre zurückzuführen ist. Dies führt zu einer globalen effektiven Temperatur von 246 K (-27 °C). Die Durchschnittstemperatur am Boden liegt jedoch durch einen starken atmosphärischen Treibhauseffekt bzw. Gegenstrahlung bei etwa 288 K (15 °C), wobei die Treibhausgase Wasser und Kohlendioxid den Hauptbeitrag liefern (siehe auch: Gleichgewichtstemperatur).

Einfluss des Menschen[Bearbeiten]

Zunächst lebten Menschen als Jäger und Sammler. Mit der Neolithischen Revolution begannen im Vorderen Orient (11.), in China (8.) und im mexikanischen Tiefland (6. Jahrtausend v. Chr.) Ackerbau und Viehzucht. Die Kulturpflanzen verdrängten die natürliche Pflanzen- und Tierwelt. Im Zuge der Industrialisierung wurden weiträumige Landflächen in Industrie- und Verkehrsflächen umgewandelt.

Die Wechselwirkungen zwischen Lebewesen und Klima haben heute durch den zunehmenden Einfluss des Menschen eine neue Quantität erreicht. Während im Jahr 1920 circa 1,8 Milliarden Menschen die Erde bevölkerten, wuchs die Weltbevölkerung bis zum Jahr 2008 auf knapp 6,7 Milliarden an. In den Entwicklungsländern ist für die absehbare Zukunft weiterhin ein starkes Bevölkerungswachstum zu erwarten, während in vielen hoch entwickelten Ländern die Bevölkerung stagniert oder nur sehr langsam zunimmt, deren industrieller Einfluss auf die Natur aber weiterhin wächst. Im Februar 2005 prognostizierten Experten der Vereinten Nationen bis zum Jahr 2013 einen Anstieg auf 7 Milliarden, und auf 9,1 Milliarden bis 2050.

Seit 1990 ist der 22. April als Tag der Erde der internationale Aktionstag zum Schutz der Umwelt. Das Jahr 2008 wurde von den Vereinten Nationen unter Federführung der UNESCO zum Internationalen Jahr des Planeten Erde (IYPE) erklärt. Diese bislang größte weltweite Initiative in den Geowissenschaften soll die Bedeutung und den Nutzen der modernen Geowissenschaften für die Gesellschaft und für eine nachhaltige Entwicklung verdeutlichen. Zahlreiche Veranstaltungen und interdisziplinären Projekte auf internationaler und nationaler Ebene erstrecken sich von 2007 bis 2009 über einen Zeitraum von insgesamt drei Jahren.[5]

Die Erdoberfläche bei Tag (Fotomontage).
Die Erdoberfläche bei Nacht (Fotomontage).
Datei:Nasa land ocean ice 8192 jpg90.JPG
Mit Eispanzer (Fotomontage)
Mit Eispanzer und Wolken (Fotomontage)

Mond[Bearbeiten]

Hauptartikel: Mond
Die Erde vom Mond aus gesehen.

Die Erde wird von einem natürlichen Satelliten umkreist – dem Mond. Dieser ist im Vergleich zur Erde deutlich größer, als es bei den „Monden“ der anderen Planeten der Fall ist. Der große Satellit stabilisiert mit seiner relativ großen Masse und seinem gravitativen Einfluss auf den Äquatorwulst der Erde die Neigung der Erdachse gegen die Ekliptik und schafft durch die so von ihm bewirkte Zügelung der Jahreszeiten günstige Bedingungen für die Entwicklung des Lebens auf seinem Planeten. Ein mechanisches Gerät zur Demonstration der Umlaufbewegungen von Erde und Mond wird Tellurium genannt, nach Tellus, lateinisch für Erde.

Des Weiteren lenkt die Erde koorbitale Objekte wie den erdnahen Asteroiden Cruithne auf eine Hufeisenumlaufbahn entlang der Erdbahn. Von diesen koorbitalen Erdbahnkreuzern war der Asteroid 2003 YN107 in den Jahren von 1996 bis 2006 ein Quasisatellit der Erde und wird bei der übernächsten Begegnung im Jahr 2120 möglicherweise als wirklicher zweiter Mond von der Erde eingefangen werden. Der koorbitale Asteroid 2002 AA29 wechselt annähernd zyklisch zwischen einer Hufeisenumlaufbahn und einer Quasisatellitenbahn und wird das nächste Mal um das Jahr 2600 wieder für 45 Jahre ein Quasisatellit der Erde sein.

Größenverhältnis zwischen Erde und Mond und ihr Abstand zueinander:

Korrektes Größen- und Abstandsverhältnis zwischen Erde und Mond.

Erde Mond

Leben[Bearbeiten]

Modell der Erdrotation. Etwa zur Zeit der Tag-und-Nacht-Gleiche ohne Darstellung der Achsenneigung.
Rekonstruktion der Klimageschichte der Erde seit 3,8 Milliarden Jahren. E = Eiszeitalter, E (unterstrichen) = Eiszeitalter mit Eisbildungen an den geographischen Polen, W = eisfreies Warmklima.

Die Erde ist bisher der einzige Planet, auf dem Lebensformen bzw. eine Biosphäre nachweisbar sind. Nach dem gegenwärtigen Stand der Forschung begann das Leben auf der Erde möglicherweise innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums, gleich nach dem Ausklingen des letzten schweren Bombardements großer Asteroiden, dem die Erde nach ihrer Entstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren bis etwa vor 3,9 Milliarden Jahren als letzte Phase der Bildung des Planetensystems ausgesetzt war. Nach dieser Zeit hat sich eine stabile Erdkruste ausgebildet und so weit abgekühlt, dass sich Wasser auf ihr sammeln konnte. Es gibt Hinweise, die allerdings nicht von allen damit befassten Wissenschaftlern anerkannt werden, dass sich Leben schon (geologisch) kurze Zeit später entwickelte.

In 3,85 Milliarden Jahre altem Sedimentgestein aus der Isua-Region im Südwesten Grönlands wurden in den Verhältnissen von Kohlenstoffisotopen Anomalien entdeckt, die auf biologischen Stoffwechsel hindeuten könnten; bei dem Gestein kann es sich aber auch statt um Sedimente lediglich um ein stark verändertes Ergussgestein ohne derartige Bedeutung handeln. Die ältesten direkten, allerdings umstrittenen Hinweise auf Leben, die als versteinerte Cyanobakterien gedeutet werden, sind 3,5 Milliarden Jahre alt und wurden in Gesteinen der Warrawoona-Gruppe im Nordwesten Australiens und im Barberton-Grünsteingürtel in Südafrika gefunden. Die ältesten und eindeutigen Lebensspuren auf der Erde sind 1,9 Milliarden Jahre alte fossile Bakterien aus der Gunflint-Formation in Ontario.

Die chemische wie die biologische Evolution sind untrennbar mit der Klimageschichte verknüpft. Obwohl die Strahlungsleistung der Sonne anfangs deutlich geringer als heute war (vgl. Paradoxon der schwachen jungen Sonne) gibt es Hinweise auf Leben auf der Erde, grundsätzlich vergleichbar dem heutigen, „seit es Steine gibt“. [6]. Dem Fermi-Paradoxon und insbesondere Michael H. Hart[7] zufolge hat die Erde deswegen eine einzigartige Sonderstellung in der Milchstraße, womöglich im gesamten Universum.

Das Leben wird in seiner Entwicklung von den herrschenden Bedingungen geprägt und hat seinerseits Einfluss auf die Entwicklung und das Erscheinungsbild der Erde. Durch den Stoffwechsel des pflanzlichen Lebens, also durch die Photosynthese, wurde die Erdatmosphäre mit molekularem Sauerstoff angereichert und bekam ihren oxidierenden Charakter. Zudem wurde die Albedo und damit die Energiebilanz durch die Pflanzendecke merklich verändert.

Entstehung und Herkunft des Wassers[Bearbeiten]

Hauptartikel: Entstehung der Erde, Herkunft des irdischen Wassers
Erde und Mond vom Mars aus gesehen, aufgenommen von Mars Global Surveyor. Vom Weltall aus können die Phasen der Erde, ähnlich die der Mondphasen, beobachtet werden.

Wie die Sonne und ihre anderen Planeten entstand die Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus der Verdichtung des Sonnennebels. Man geht heute allgemein davon aus, dass sie während der ersten 100 Millionen Jahre einem intensiven Bombardement von Asteroiden ausgesetzt war. Heute ist nur noch ein geringer Beschuss zu verzeichnen. Die meisten der Meteore werden von Objekten hervorgerufen, die kleiner als 1 cm sind. Im Gegensatz zum Mond sind auf der Erde fast alle Einschlagkrater durch geologische Prozesse wieder ausgelöscht worden. Durch die kinetische Energie der Impakte während des schweren Bombardements und durch die Wärmeproduktion des radioaktiven Zerfalls erhitzte sich die junge Erde, bis sie größtenteils aufgeschmolzen war. In der Folge kam es zu einer gravitativen Differenzierung des Erdkörpers in einen Erdkern und einen Erdmantel. Die schwersten Elemente, vor allem Eisen, sanken in die Richtung des Schwerpunkts des Planeten, während leichte Elemente, vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium, nach oben stiegen. Aus diesen Elementen bildeten sich hauptsächlich silikatische Minerale, aus denen auch die Gesteine der Erdkruste bestehen. Aufgrund ihres vorwiegenden Aufbaus aus Eisen und Silikaten hat die Erde wie alle terrestrischen Planeten eine recht hohe mittlere Dichte von 5,515 g/cm3.

Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen des Magmas entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fragwürdig. Weitere große Anteile könnten aber auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein. Messungen des Isotopenverhältnisses von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) deuten dabei eher auf Asteroiden hin, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Verhältnisse gefunden wurden wie in ozeanischem Wasser, wohingegen bisherige Messungen dieses Isotopen-Verhältnisses an Kometen und transneptunischen Objekten nur schlecht mit irdischem Wasser übereinstimmten.

Zukunft[Bearbeiten]

Der Lebenszyklus der Sonne.

Die Zukunft der Erde ist eng an die der Sonne gebunden. Als Ergebnis der ständigen Anreicherung der Heliumasche im Zentrum der Sonne wird die Gesamthelligkeit der Sonne langsam steigen. Die Leuchtkraft der Sonne wird über die nächsten 1,1 Milliarden Jahre um 10 % steigen und um 40 % nach 3,5 Mrd. Jahren.[8] Klimamodelle zeigen, dass der Anstieg dieser Strahlung, die die Erde dann erreicht, vermutlich verheerende Folgen haben wird, inklusive den möglichen Verlust der irdischen Ozeane.[9]

Die steigenden Temperaturen auf der Erdoberfläche werden den anorganischen Kohlenstoffzyklus beschleunigen. Dabei wird die Konzentration in etwa 900 Millionen Jahren auf einen Wert fallen (10 ppm für C4-Pflanzen), die die Pflanzen absterben lässt. Das Fehlen der Vegetation wird sich in einem Rückgang an Sauerstoff in der Atmosphäre bemerkbar machen. Folglich wird danach tierisches Leben innerhalb weniger Millionen Jahre ausgestorben sein.[10] Selbst wenn die Sonne ewig stabil scheinen würde, würde durch die innere Auskühlung aufgrund nachlassender Vulkanaktivität die Erde viel von ihrer Atmosphäre und Ozeane verlieren.[11] Nach einer weiteren Milliarde Jahren wird das gesamte Oberflächenwasser verschwunden sein[12] und die globale Durchschnittstemperatur der Erde wird +70 °C erreichen.[10] Es wird vermutet, dass die Erde noch etwa 500 Mio. Jahre bewohnbar sein wird.[13]

Die Sonne wird im Laufe ihrer stellaren Entwicklung in etwa 5 Milliarden Jahren zum roten Riesen werden. Modelle sagen vorher, dass sich die Sonne bis zum 250-fachen ihrer derzeitigen Größe ausdehnen wird. Dies entspricht etwa dem Radius einer astronomischen Einheit (das heißt, sie würde bis zur Erde reichen).[8][14] Das Schicksal der Erde ist weniger klar. Die Sonne wird in diesem Riesenstadium etwa 30 % ihrer Masse verlieren. Dabei wird, wenn die Sonne ihre maximale Größe erreicht hat, die Erde ohne Gezeitenkräfte auf eine Umlaufbahn mit einem Abstand von 1,7 AE verschoben werden. Daher wird erwartet, dass die Erde von der dünnen äußeren Atmosphäre der Sonne nicht eingehüllt wird. Es wird jedoch aufgrund der gesteigerten Strahlung der Sonne das meiste, wenn nicht alles verbleibende Leben zerstört.[8] Jedoch hat eine neuere Simulation angedeutet, dass die Erdbahn aufgrund von Gezeitenkräften und Zug nicht mehr bestehen bleibt, um schließlich in die Atmosphäre des roten Riesen zu gelangen und dabei zerstört wird.[14]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Cesare Emilliani: Planet Earth. Cosmology, Geology, and the Evolution of Live and Environment. Cambridge University Press 1992, ISBN 0-521-40949-7
  • Kevin W. Kelley (Herausgeber, im Auftrag der Association of Space Explorers): Der Heimatplanet. Zweitausendeins, Frankfurt am Main, 1989. ISBN 3-86150-029-9.
  • J. D. Macdougall: Eine kurze Geschichte der Erde. Econ Taschenbuchverlag 2000, ISBN 3-612-26673-X
  • David Oldroyd: Die Biographie der Erde. Zweitausendeins 1998, ISBN 3-86150-285-2

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Erde – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Erde – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Commons: Weltkarten – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wikiquote: Erde – Zitate

Medien[Bearbeiten]

Wie schnell entstand die Erde? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 2. Feb. 2005. Warum ist die Erde warm? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 14. Apr. 2002. Wie alt ist die Erde? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 4. Feb. 2001.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d NASA Earth Fact Sheet.
  2. Der Brockhaus in einem Band. 10. Auflage. Brockhaus GmbH, Leipzig 2003. Seite 242 'Erde'.
  3. Kluge. Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache. 24. Auflage. de Gruyter, Berlin/New York 2002. Seite 253. Vgl. auch Eintrag im Perseus
  4. Herbert Cerutti: Was wäre, wenn es den Mond nicht gäbe. In: NZZ Folio 08/08
  5. Deutsche UNESCO-Kommission e.V.: Das Internationale Jahr des Planeten Erde 2008
  6. Veizer, Ján (2005):Celestial Climate Driver: A Perspective from Four Billion Years of the Carbon Cycle, Geoscience Canada, Band 32, Nr. 1, 2005
  7. Michael H. Hart, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 16, 128-135 (1975), Reprint als Michael H. Hart, "Atmospheric evolution, the Drake equation, and DNA: Sparse life in an infinite universe", in Michael H. Hart and Ben Zuckerman (eds.), Extraterrestrials, Where are They? (Elmsford: Pergamon Press, 1982), 154-165.
  8. a b c I.-J. Sackmann, A. I. Boothroyd, K. E. Kraemer: Our Sun. III. Present and Future. (PDF) In: Astrophysical Journal. 418, 1993, S. 457–468. Bibcode: 1993ApJ...418..457S. doi:10.1086/173407. Abgerufen am 23. Dezember 2008.
  9. J. F. Kasting: Runaway and Moist Greenhouse Atmospheres and the Evolution of Earth and Venus. In: Icarus. 74, 1988, S. 472–494. doi:10.1016/0019-1035(88)90116-9. Abgerufen am 23. Dezember 2008.
  10. a b Ward and Brownlee, 2002
  11. H. Guillemot, V. Greffoz: Ce que sera la fin du monde. In: Science et Vie. Band 1014, März 2002.
  12. Damian Carrington: Date set for desert Earth, BBC News. 21. Februar 2000. Abgerufen am 23. Dezember 2008. 
  13. Robert Britt: Freeze, Fry or Dry: How Long Has the Earth Got?. 25. Februar 2000.
  14. a b K.-P. Schröder, Robert Connon Smith: Distant future of the Sun and Earth revisited. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 386, 2008, S. 155. arXiv:0801.4031. doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x.
    Siehe auch Jason Palmer: Hope dims that Earth will survive Sun's death. In: NewScientist.com news service, 22. Februar 2008. Abgerufen am 23. Dezember 2008.