Sonnensystem - Erde

Bildquelle: NASA

Grunddaten 

Allgemeines

Die Erde gehört zu den inneren Planeten unseres Sonnensystems. Vom Raum aus betrachtet ist sie eine überwiegend blau-weiße Kugel. Unter der dichten Wolkendicke zeichnen sich die Formen der Kontinente ab. Vom Mond aus würde man die Erde in einem Winkel von ca. 1 Grad 54 Minuten sehen, d.h., dass sie 3,8 mal größer erscheinen würde als der Mond von der Erde aus betrachtet.

Wie bei den anderen Planeten des Sonnensystems wird der Umlauf der Erde um die Sonne durch die drei Keplerschen Gesetze beschrieben, die sich aus dem allgemeinen Gravitationsgesetz von Newton ableiten lassen. Die Erde dreht sich darüber hinaus in einer bestimmten Zeit um eine ideale Achse, die den Nord- mit dem Südpol verbindet. Aus dieser Rotation leiten sich die Maßeinheiten der Zeit ab (Sekunde, Minute, Stunde, usw.). Als Folge der Rotationsbewegung der Erde entsteht die scheinbare Tagesbewegung des Himmelsgewölbes.

Die Jahreszeiten auf der Erde entstehen als Folge der Umkreisung der Sonne und aufgrund der Tatsache, dass die Neigung der Rotationsachse gegenüber der Ekliptikebene, auf der die Erdbahn liegt, nicht 90 Grad beträgt. Die Rotationsachse ist nämlich ungefähr um 66,5 Grad gegen die Ekliptik geneigt, oder mit anderen Worten, die Ebene des Erdäquators ist um 23,5 Grad gegen die Ekliptikebene geneigt.

Da die Rotationsachse im Zeitablauf annähernd die gleiche Neigung beibehält und für jene Zeit, die für eine große Anzahl von Umläufen notwendig ist, auch die gleiche Richtung beibehält, wird deutlich, dass sich die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen auf den verschiedenen Stellen der Erde ununterbrochen ändert. Der Umstand, dass an einem bestimmten Ort Winter oder Sommer ist, hängt also nicht vom Abstand zur Sonne ab. Schließlich ist auf der Nordhalbkugel Sommer, wenn in der südlichen Hemisphäre Winter ist, obwohl sie sich in gleicher Entfernung von der Sonne befinden.

Die Erdbahn ist eine Ellipse mit einer sehr geringen Exzentrizität (0,017). Die Ellipse der Erdbahn und auch die fast aller anderen Planeten ist daher einem Kreis sehr ähnlich. Damit kann man sich auch den Erfolg der im Altertum aufgestellten Theorien zur Beschreibung der Himmelsbewegungen erklären, die als kreisförmig angenommen wurden.

Da aufgrund des zweiten Keplerschen Gesetzes die Fläche, die der Radiusvektor (Verbindungslinie Planet-Sonne) in gleichen Zeiträumen überstreicht, konstant sein muss, ist die Geschwindigkeit der Erde im Perihel am höchsten. Der Zeitraum, der zwischen dem Frühlingspunkt und dem Herbstpunkt verstreicht, ist daher größer als jener, der zwischen dem Herbstpunkt und dem Frühlingspunkt liegt.

Da sich die Sonne im Raum rund um das Zentrum der Galaxis bewegt, und da die Erde der Sonne folgt, beschreibt die Erdbahn im Raum eine Schraubenlinie, deren Achse die Richtung der Sonnenbewegung ist. In dieser Richtung, die zum Stern Wega im Sternbild Leier zeigt, bewegt sich die Sonne mit einer Geschwindigkeit von 250 Kilometern pro Sekunde.

Da die Sonne und die Erde nicht die einzigen Körper des Sonnensystems sind, besteht natürlich auch zwischen Erde und den einzelnen Körpern des Sonnensystems eine wechselseitige Anziehungkraft.

Aufbau

Über die ersten Tage der Erde ist wenig bekannt. In den 4,6 Milliarden Jahren ihrer Existenz haben sich die Kontinente verschoben, die meisten der ältesten Gesteine sind zerfallen, und ganze Gebirge sind ins Meer geschwemmt worden.

Die Wissenschaft hat jedoch versucht, den Weg der Erde von der Urwolke aus Staub und Gas zu ihrer heutigen Form zu rekonstruieren:

Aus einer Gas- und Staubwolke, die die noch junge Sonne umkreiste, bildeten sich vor 4,6 Milliarden Jahren Embryonalplaneten, darunter auch die Urerde. Staubteilchen kollidierten, blieben aneinander haften und bildeten schließlich immer größere Massen, deren Gravitation weitere Materie anzog. Erst zu jener Zeit begannen in der Sonne Kernreaktionen einzusetzten, weshalb der Stern nur wenig Wärme und Licht ausstrahlte. So war die Atmosphäre kalt und dunkel. Auf der Erde schlugen ständig Meteoriten ein.

Radioaktivität erzeugte vor 4,6 bis 4,2 Milliarden Jahren in der Erde große Mengen an Wärme, so dass das Innere zu schmelzen begann. Die schwereren Elemente Eisen und Nickel reicherten sich im Zentrum an und bildeten einen Kern aus geschmolzenen Metall. Die äußere Schicht bestand aus leichteren Verbindungen wie Silicaten und war teilweise geschmolzen. Aus der flüssigen Oberfläche stiegen heiße Gase auf und bildeten zusammen mit der verdampften Materie eingeschlagener Meteoriten die erste Atmosphäre der Erde, die im wesentlichen aus Kohlendioxid, Wasserdampf und Stickstoff bestand. Große Wärmemengen wurden in den Raum abgestrahlt.

Während die Erde weiter abkühlte, erstarrte das geschmolzene Gestein vor 4,2 bis 3,8 Milliarden Jahren über weite Bereiche der Oberfläche und es bildete sich eine erste, noch brüchige Kruste. An vielen Stellen wurde sie von Meteoriten durchschlagen. Dort stieg Magma auf und breitete sich aus. Vulkane stießen Lava aus, die sich verfestigte und die erste kontinentale Kruste bildete. Sie schwamm auf dem darunterliegenden dichteren Mantel.

Der Wasserdampf, der sich unter den Gasen der ersten Atmosphäre befand, bildete Wolken, die die Erde umhüllten. es kam zu heftigen Gewittern und der niedergehende Regen füllte die ersten Meere. Durch die elektrische Energie der Blitzentladungen angeregt, verbanden sich Elemente und einfachste chemische Verbindungen zu komplexeren Molekülen. Die Kruste war jetzt dick genug, um den Meteoriteneinschlägen standzuhalten. Die ersten Bäche und Flüsse erodierten das Gestein und schwemmten Sand und Schlamm ins Meer, wo sie sich als Sedimentschichten absetzten. Im Meerwasser war eine Vielzahl von Molekülen gelöst. Aus dieser Ursuppe bildeten sich die Grundbausteine organischen Lebens. Daraufhin bildeten sich Meeresalgen, die ersten Organismen, die die Photosythese praktizierten. Mit Hilfe der Photosythese entsteht aus gelöstem Kohlendioxid Zucker, der als Ausgangsprodukt energiereicher höherer Kohlenstoffverbindungen dient. Als Abfallprodukt entsteht Sauerstoff.

Vor 2,5 Milliarden Jahren hatte sich feste, kontinentale Erdkruste gebildet, die, ähnlich wie heute, in einem Mosaik einzelner beweglicher Platten angeordnet war. Vor rund 1,9 Milliarden Jahren begann sich der Sauerstoff, den die primitiven pflanzlichen Organismen ausschieden, in der Atmosphäre anzusammeln, bis er in größeren Mengen als das Kohlendioxid vorhanden war und der zweithäufigste Bestandteil der Luft wurde. Ein Teil dieses Sauerstoffs wandelte sich in Ozon um, das die Erde gegen die schädlichen ultravioletten Strahlen der Sonne schützte. So konnten sich in den oberen Schichten der Gewässer höhere Lebensformen entwickeln. Die Oberfläche der Erde beträgt etwa 500 Millionen Quadratkilometer und ist zu 71 Prozent mit Wasser bedeckt. Ein Merkmal der Erde besteht darin, dass die Materie an der Oberfläche sowohl im festen als auch im flüssigen Zustand vorhanden ist. Die Erde ist der einzige Himmelskörper, von dem uns bekannt ist, dass auf seiner Oberfläche die drei Aggregatzustände (fest, flüssig und gasförmig) gleichzeitig bestehen.

Die Erdoberfläche wird durch zahlreiche Ereignisse ständig neu geformt: durch Plattenbewegungen, durch Witterungseinflüsse, durch an der Oberfläche wie auch unterirdisch verlaufende Gewässer, durch Eis, vulkanische Tätigkeit usw.

Klima

Die Gesamtmasse der Hydrosphäre, d.h. die aller Ozeane und Meere, die sich auf der Erdkruste befinden und miteinander verbunden sind, beträgt ungefähr 1,4 × 1.024 g und entspricht etwa 1,4 × 109 Kubikkilometern Wasser. Nur 15 Prozent dieser Menge steht als Trinkwasser zur Verfügung. Die Ozeane und Meere sind auch ein riesiges Wärmereservoir. Unter dem Einfluss der Sonne und gemeinsam mit der Oberfläche der Landmassen bestimmen sie Wind- und Klimaverhältnisse.

Daten