Erde
|
|
Blue Marble
, eine Aufnahme der Erde von
Apollo 17
am 7. Dezember 1972
|
Eigenschaften
des
Orbits
[1]
|
Große Halbachse
|
1
AE
(149,6 Mio. km)
|
Exzentrizitat
|
0,0167
|
Perihel ? Aphel
|
0,983 ? 1,017 AE
|
Neigung der Bahnebene
|
0,0001°
|
Siderische Umlaufzeit
|
365,256
d
|
Mittlere
Orbitalgeschwindigkeit
|
29,78 km/s
|
Physikalische Eigenschaften
[1]
[2]
|
Aquatordurchmesser
?
|
12 756,27 km
|
Poldurchmesser
?
|
12 713,50 km
|
Masse
|
5,9722 · 10
24
kg
|
Mittlere
Dichte
|
5,514 g/cm
3
|
Fallbeschleunigung
?
|
(9,790?9,832) m/s
2
|
Fluchtgeschwindigkeit
|
11,186 km/s
|
Rotationsperiode
|
23 h 56 min 4 s
|
Neigung der
Rotationsachse
|
23,44°
|
Geometrische
Albedo
|
0,434
|
Eigenschaften der
Atmosphare
|
Druck
?
|
1,014
bar
|
Temperatur
?
Min. ? Mittel ? Max.
|
184
K
(?89
°C
)
288 K (+15 °C)
330 K (+57 °C)
|
Hauptbestandteile
|
?
bezogen auf das
Nullniveau
des Planeten
|
Sonstiges
|
Monde
|
Mond
|
|
v. l. n. r.: Großenvergleich zwischen
Sonnenrand
,
Merkur
,
Venus
, Erde,
Mars
,
Jupiter
,
Saturn
,
Uranus
und
Neptun
(maßstabsgerechte Fotomontage der Großen, jedoch nicht der Abstande)
|
Die
Erde
ist der
dichteste
, funftgroßte und der
Sonne
drittnachste
Planet
des
Sonnensystems
. Sie ist Ursprungsort und Heimat aller bekannten
Lebewesen
. Ihr Durchmesser betragt mehr als 12.700 Kilometer und ihr Alter etwa 4,6 Milliarden Jahre. Nach ihrer vorherrschenden
geochemischen
Beschaffenheit wurde der Begriff der ?
erdahnlichen Planeten
“ gepragt. Das
astronomische Symbol
der Erde ist
?
oder
.
[4]
Die Erde hat eine gasformige Hulle, die
Erdatmosphare
, wo aus
Wasserdampf
Wolken
entstehen konnen. Die
Erdoberflache
bilden zu etwa zwei Dritteln
Ozeane
, zu etwa einem Drittel
Kontinente
. Da sie vom
All
aus betrachtet vorwiegend blau erscheint, wird die Erde auch
Blauer Planet
genannt. Sie wird
metaphorisch
auch als ?
Raumschiff Erde
“ bezeichnet.
Die Erde spielt als Lebensgrundlage des
Menschen
in allen
Religionen
eine herausragende Rolle als
heilige
Ganzheit
; in etlichen
ethnischen
,
Volks-
und
historischen Religionen
entweder als
Vergottlichung
einer ?
Mutter Erde
“ oder personifiziert als
Erdgottin
.
[5]
Als Lebensraum des Menschen wird besonders in der Umgangssprache auch die Bezeichnung
Welt
synonym zu Erde gebraucht.
Etymologie
Das
gemeingermanische
Substantiv
erde
in
Mittelhochdeutsch
, in
Althochdeutsch
erda
beruht mit verwandten Wortern anderer
indogermanischer
Sprachen auf
er-
.
[6]
Umlaufbahn
Die Erde bewegt sich gemaß dem
ersten Keplerschen Gesetz
auf einer
elliptischen
Bahn um die Sonne. Die Sonne befindet sich in einem der
Brennpunkte
der Ellipse. Die
Ellipsenhauptachse
verbindet den sonnenfernsten und sonnennachsten Punkt der Umlaufbahn. Die beiden Punkte heißen
Aphel
und
Perihel
. Das Mittel aus Aphel- und Perihelabstand ist die Lange der großen Halbachse der Ellipse und betragt etwa 149,6 Mio. km. Diese Lange definierte ursprunglich die
Astronomische Einheit
(AE), die als astronomische Langeneinheit hauptsachlich fur Entfernungen innerhalb des Sonnensystems verwendet wird.
Das Aphel liegt bei 1,017 AE (152,1 Mio. km) und das Perihel bei 0,983 AE (147,1 Mio. km). Damit hat die Ellipse eine
Exzentrizitat
von 0,0167. Der Aphel-Durchgang erfolgt um den 5. Juli und der Perihel-Durchgang um den 3. Januar. Die Erde umkreist die Sonne in 365 Tagen, 6 Stunden, 9 Minuten und 9,54 Sekunden; diese Zeitspanne heißt auch
siderisches Jahr
. Das siderische Jahr ist 20 Minuten und 24 Sekunden langer als das
tropische Jahr
, auf dem das
burgerliche Jahr der Kalenderrechnung
basiert. Die Bahngeschwindigkeit der Erde betragt im Mittel 29,78 km/s, im Perihel 30,29 km/s und im Aphel 29,29 km/s; somit legt die Erde eine Strecke der Lange ihres Durchmessers in gut sieben Minuten zuruck.
Die Erdbahn ist zur inneren Nachbarbahn der
Venus
im Mittel 0,28 AE (41,44 Mio. km) und zur außeren Nachbarbahn des
Mars
im Mittel 0,52 AE (78,32 Mio. km) entfernt. Im Mittel ist jedoch
Merkur
der Erde am nachsten (1,039 AE).
[7]
Auf der Erdbahn befinden sich mehrere
koorbitale Objekte
, weitere Details siehe:
Erdbahn
.
Die Erde umkreist die Sonne
prograd
, das heißt in der
Rotationsrichtung
der Sonne, was vom Nordpol der Erdbahnebene aus gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn ist.
Die Erdbahnebene wird
Ekliptik
genannt. Die Ekliptik ist um etwa 7° gegen die Aquatorebene der Sonne geneigt. Der Sonnennordpol ist der Erde am starksten gegen Anfang September zugewandt, der Sonnensudpol gegen Anfang Marz. In der Sonnenaquatorebene befindet sich die Erde nur kurz um den 6. Juni und den 8. Dezember.
Rotation
Die Erde rotiert
prograd
in Richtung Osten einmal um ihre Achse relativ zu den
Fixsternen
in 23 Stunden, 56 Minuten und 4,09 Sekunden. Diese Zeitspanne wird analog zum siderischen Jahr als
siderischer Tag
bezeichnet. Weil die Erde die Sonne auch prograd umkreist und daher am nachsten Tag etwas anders zur Sonne steht (siehe Abb. rechts), ist ein siderischer Tag etwas kurzer als ein
Sonnentag
, der als die Zeitspanne zwischen zwei Sonnenhochststanden (Mittag) definiert und in 24 Stunden eingeteilt ist.
Auf dem Erdaquator hat ein Punkt wegen der Eigen
rotation
eine Geschwindigkeit von 464 m/s bzw. 1670 km/h. Dies verursacht eine
Fliehkraft
, welche die
Figur der Erde
an den
Polen
geringfugig
abplattet
und am
Aquator
zu einem
Aquatorwulst
verformt. Daher ist gegenuber einer volumengleichen Kugel der
Aquatorradius
7 Kilometer großer und der Polradius 14 Kilometer kleiner. Der Aquator-Durchmesser ist etwa 43 km großer als der von Pol zu Pol. Deshalb ist der
Chimborazo
-Gipfel wegen seiner Aquatornahe der Punkt der Erdoberflache, der am weitesten vom Erdmittelpunkt entfernt ist.
Die
Erdrotationsachse
ist 23°26′ gegen die senkrechte Achse der Ekliptik geneigt, dadurch werden die Nord- und die Sudhalbkugel an verschiedenen Punkten der Erdbahn von der Sonne unterschiedlich beschienen, was zu den das Klima der Erde pragenden
Jahreszeiten
fuhrt. Die Achsneigungsrichtung fallt fur die Nordhalbkugel derzeit in die ekliptikale Lange des Sternbilds
Stier
. Dort steht, von der Erde aus gesehen, am 21. Juni die Sonne zur
Sommersonnenwende
. Da die Erde zwei Wochen spater ihr Aphel durchlauft, fallt der Sommer auf der Nordhalbkugel in die Zeit ihres sonnenfernen Bahnbereichs.
Prazession und Nutation
Am Erdaquatorwulst erzeugen die
Gezeitenkrafte
des
Mondes
und der Sonne ein Drehmoment, das die Erdachse aufzurichten versucht und sie kreiseln lasst. Dies wird lunisolare
Prazession
genannt. Dadurch vollfuhrt die Erdachse einen Kegelumlauf in 25 700 bis 25 800 Jahren. Mit diesem
Zyklus der Prazession
verschieben sich die Jahreszeiten. Zusatzlich verursacht der Mond durch die Prazessionsbewegung seiner eigenen Umlaufbahn mit einer Periode von 18,6 Jahren eine ?nickende“ Bewegung der Erdachse, die als
Nutation
bezeichnet wird. Der Mond stabilisiert zugleich die Erdachsenneigung, die ohne ihn durch die Anziehungskraft der Planeten bis zu einer Schraglage von 85° taumeln wurde.
[8]
Fur Einzelheiten siehe den Abschnitt
Mond
.
Rotationsdauer und Gezeitenkrafte
Auf der Erde verursacht die
Gravitation
von Mond und Sonne die Gezeiten von
Ebbe
und
Flut
der Meere. Dabei ist der Anteil der Sonne etwa halb so groß wie der des Mondes. Die Gezeiten heben und senken auch die Landmassen um etwa einen halben Meter. Die
Gezeiten
verursachen die
Gezeitenreibung
, welche die
Erdrotation
bremst und dadurch die
Tage
um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr verlangert. Dabei wird die
Rotationsenergie
der Erde in
Warme
umgewandelt und der
Drehimpuls
wird auf den Mond ubertragen, der sich dadurch um etwa vier Zentimeter pro Jahr von der Erde entfernt. Dieser schon lange vermutete Effekt ist seit 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 47-mal so lang ware wie heute. Damit unterliegt die Erde demselben Effekt, der schon zur
gebundenen Rotation
(Korotation)
des Mondes fuhrte.
Vergleich der Abstande von Erde, Venus und Merkur zur Sonne:
|
|
Aufbau
Die Erde definiert mit ihrem
geochemischen
Aufbau die Klasse der
erdahnlichen Planeten
(auch
erdartige
,
terrestrische
Planeten, oder
Gesteinsplaneten
genannt). Die Erde ist unter den vier erdahnlichen
Planeten des Sonnensystems
der großte.
Innerer Aufbau
Die Erde setzt sich massenanteilig zusammen 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
.
Die Erde besteht nach
seismischen
Messungen aus drei Schalen: Dem Erdkern, dem Erdmantel und der Erdkruste. Diese Schalen sind durch seismische
Diskontinuitatsflachen
(Unstetigkeitsflachen) voneinander getrennt. Die Erdkruste und der oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die
Lithosphare
. Sie ist zwischen 50 und 100 km dick und besteht aus großen und kleineren
tektonischen
Platten.
Ein dreidimensionales Modell der Erde heißt, wie alle verkleinerten Nachbildungen von
Weltkorpern
,
Globus
.
Oberflache
|
Flache in km
2
|
Anteil
|
Gesamtflache der Erde
|
510 000 000
|
100,0 %
|
Wasserflache
|
360 570 000
|
0
70,7 %
|
Landflache
|
149 430 000
|
0
29,3 %
|
davon
Dauernutzungsraum
des Menschen
(Wohngebiete, Infrastruktur, intensiv genutzte Flachen, Land- und Forstwirtschaft)
2004
[9]
|
0
72 084 920
|
0
48,2 %
|
sowie kaum und nicht genutzte ?
Wildnisregionen
“ (inkl.
Eisschilde
)
2004
[9]
|
0
77 345 080
|
0
51,8 %
|
Der Aquatorumfang ist durch die Zentrifugalkraft der Rotation mit 40 075,017 km um 67,154 km (0,17 %) großer als der Polumfang (Meridianumfang) mit 40 007,863 km (bezogen auf das
geodatische Referenzellipsoid von 1980
). Der Poldurchmesser ist mit 12 713,504 km dementsprechend um 42,816 km bzw. um 0,34 % kleiner als der Aquatordurchmesser mit 12 756,320 km (bezogen auf das Referenzellipsoid; die tatsachlichen Zahlen weichen davon ab). Die Unterschiede im Umfang tragen mit dazu bei, dass es keinen eindeutig hochsten
Berg
auf der Erde gibt. Nach der Hohe uber dem
Meeresspiegel
ist es der
Mount Everest
im
Himalaya
und nach dem Abstand des Gipfels vom Erdmittelpunkt der auf dem Aquatorwulst 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 hochsten.
Die Erdoberflache ist etwa 510 Mio. km² groß. Sie lasst sich in zwei unterschiedliche Halbkugeln teilen: In eine
Landhemisphare
und eine
Wasserhemisphare
. Die Landhemisphare umfasst den großeren Anteil der Landflache und besteht knapp zur Halfte mit 47 % aus Land. Die Flache der Wasserhemisphare enthalt nur 11 % Land und wird durch Ozeane dominiert.
37,4 % der Landoberflache der Erde liegen zwischen 1000 und 2000 m
uber Meereshohe
.
[10]
Dabei handelt es sich um hohe
Mittelgebirge
,
Hochgebirge
und
Hochebenen
. Betrachtet man die Unebenheiten der Erdoberflache im globalen
Maßstab
, erscheinen sie eher gering. Der Hohe des Mount Everest entsprache eine Erhebung von nur rund 0,15 mm auf einem Globus von der Große eines Fußballs.
[11]
Die Erde ist der einzige Planet im Sonnensystem, auf dessen Oberflache flussiges Wasser existiert. 96,5 % des gesamten Wassers der Erde enthalten die Meere. Das
Meerwasser
enthalt im Durchschnitt 3,5 % Salz.
Die
Wasserflache
hat in der gegenwartigen geologischen Epoche einen Gesamtanteil von 70,7 % an der Erdoberflache. Die restlichen 29,3 %, die
Landflache
, entfallen hauptsachlich auf sieben Kontinente; in der Reihenfolge ihrer Große:
Asien
,
Afrika
,
Nordamerika, Sudamerika
,
Antarktika
,
Europa
und
Australien
(Europa ist im Rahmen der Plattentektonik als große westliche Halbinsel des Kontinentes
Eurasien
allerdings wahrscheinlich nie eine selbststandige Einheit gewesen). Die Flache des
Weltmeeres
wird allgemein in drei
Ozeane
einschließlich der
Nebenmeere
unterteilt: den
Pazifik
, den
Atlantik
und den
Indik
. Die tiefste Meeresstelle, das
Witjastief 1
, liegt im
Marianengraben
, 11 034 m unter dem Meeresspiegel. Die durchschnittliche Meerestiefe betragt 3 800 m. Das ist etwa das Funffache der bei 800 m liegenden mittleren Hohe der Kontinente (siehe
hypsografische Kurve
).
Plattentektonik
Die großten Platten entsprechen in ihrer Anzahl und Ordnung etwa jener der von ihnen getragenen Kontinente, mit Ausnahme der pazifischen Platte. Alle diese Platten bewegen sich gemaß der Plattentektonik relativ zueinander auf den teils aufgeschmolzenen, zahflussigen Gesteinen des oberen Mantels, der 100 bis 150 km machtigen
Asthenosphare
.
Magnetfeld
Das die Erde umgebende Magnetfeld wird von einem
Geodynamo
erzeugt. Das Feld ahnelt nahe der Erdoberflache einem
magnetischen Dipol
. Die magnetischen
Feldlinien
treten auf der Sudhalbkugel aus und durch die Nordhalbkugel wieder in die Erde ein. Im Erdmantel wird das Magnetfeld verformt. Das Magnetfeld wird außerhalb der Erdatmosphare durch den
Sonnenwind
gestaucht.
Die
magnetischen Pole
der Erde fallen nicht genau mit den
geografischen Polen
zusammen. Die Magnetfeldachse war im Jahr 2007 um etwa 11,5° gegenuber der
Erdachse
geneigt.
Atmosphare
Die Erdatmosphare geht kontinuierlich in den
Weltraum
uber, so dass sie nach oben nicht scharf begrenzt ist. Ihre Masse betragt etwa 5,148 × 10
18
kg und macht somit knapp ein Millionstel der Erdmasse aus. In der Atmosphare auf Meeresspiegel-Niveau betragt der mittlere Luftdruck unter
Standardbedingungen
1013,25
hPa
. Die Atmosphare besteht am Boden vor allem aus 78 Vol.-%
Stickstoff
, 21 Vol.-%
Sauerstoff
und 1 Vol.-%
Edelgasen
, uberwiegend
Argon
. Dazu kommt 0,4 Vol.-%
Wasserdampf
in der gesamten Erdatmosphare. Der fur den
Treibhauseffekt
wichtige Anteil an
Kohlendioxid
ist durch menschlichen Einfluss gestiegen und liegt momentan bei etwa 0,04 Vol.-%.
[12]
Die auf der Erde meteorologisch gemessenen Temperaturextreme betragen ?89,2 °C (gemessen am 21. Juli 1983 auf 3420 Metern Hohe in der
Wostok-Station
in der
Antarktis
) und 56,7 °C (gemessen am 10. Juli 1913 im
Death Valley
auf
54 m unter dem Meeresspiegel
)
[13]
. Die mittlere Temperatur in Bodennahe betragt 15 °C. Bei dieser Temperatur liegt die Schallgeschwindigkeit in der Luft auf Meeresniveau bei 340 m/s.
Die Erdatmosphare
streut
den kurzwelligen, blauen
Spektralanteil
des
Sonnenlichts
etwa funfmal starker als den langwelligen, roten und farbt dadurch bei hohem Sonnenstand den Himmel blau. Ebenfalls blau erscheint die Oberflache der Meere und Ozeane vom Weltall aus, weswegen die Erde seit dem Beginn der Raumfahrt auch der ?Blaue Planet“ genannt wird. Dieser Effekt ist jedoch auf die starkere
Absorption
roten Lichtes im Wasser selbst zuruckzufuhren. Dabei ist die Spiegelung des blauen Himmels an der Wasseroberflache nur nebensachlich.
Klima
Klima- und Vegetationszonen
Die Erde wird anhand unterschiedlich intensiver Sonneneinstrahlung in
Klimazonen
eingeteilt, die sich vom
Nordpol
zum
Aquator
erstrecken ? und auf der Sudhalbkugel spiegelbildlich verlaufen. Die Klimate pragen die
Vegetation
, die ahnlich in verschiedene
zonale biogeographische Modelle
gegliedert werden.
Klimazone
|
ungefahre Breitengrade
Nord/Sud
|
Durchschnitts-
temperatur
|
Polarzone/Kalte Zone
|
Pol bis 66,56° (Polarkreise)
|
ca.
0
0 °C
|
Gemaßigte Zone
|
66,56° bis 40°
|
ca.
0
8 °C
|
Subtropen
|
40° bis 23,5° (Wendekreise)
|
ca. 16 °C
|
Tropen
|
23,5° bis Aquator
|
ca. 24 °C
|
Je weiter eine Klimazone vom Aquator und vom nachsten Ozean entfernt ist, desto starker schwanken die Temperaturen zwischen den Jahreszeiten.
Polarzone
Die Polargebiete liegen an den Polen. Das Nordliche liegt innerhalb des nordlichen
Polarkreises
und umfasst die
Arktis
, in deren Zentrum das
Nordpolarmeer
liegt. Das Sudliche liegt entsprechend innerhalb des sudlichen Polarkreises und umfasst die
Antarktis
, zu welcher der Großteil des Kontinents
Antarktika
gehort.
Die Polargebiete werden gepragt durch kaltes Klima mit viel Schnee und Eis,
Polarlichtern
, sowie dem
Polartag
mit der
Mitternachtssonne
und der
Polarnacht
, die beide bis zu einem halben Jahr dauern konnen.
Die Vegetation der
polaren- und subpolaren Okozone
reicht von den
Kaltewusten
(die nur kleine, inselartige Pflanzenvorkommen mit sehr wenigen flach wachsenden Arten aufweisen) zu den baumlosen, gras-, strauch- und moosbewachsenen
Tundren
.
Gemaßigte Zone
Die gemaßigte Klimazone reicht von den Polarkreisen bis zum vierzigsten Breitengrad und wird in eine
kalt-
und
kuhlgemaßigte Zone
eingeteilt. In dieser Zone unterscheiden sich die Jahreszeiten groß, was jedoch zum
Aquator
etwas abnimmt. Ein weiteres Merkmal sind die Unterschiede der Langen von Tag und Nacht, die je nach Jahreszeit stark variieren. Diese Unterschiede nehmen zum Pol hin immer mehr zu.
Die Vegetation wird durch Walder (im Norden der Nordhalbkugel
boreale Nadelwalder
, bei den aquatornaheren Gebieten
nemorale beziehungsweise australe Misch- und Laubwalder
der
feuchten Mittelbreiten
) sowie
Grassteppen
und winterkalte
Halbwusten
und
Wusten
(
Prarien
und
Großes Becken
in Nordamerika;
Eurasische Steppe
und Wusten
Zentralasiens
,
Pampa
und
patagonische Trockensteppe
) gepragt.
Subtropen
Die Subtropen (zum Teil auch
warmgemaßigte Klimazone
) liegen in der geografischen Breite zwischen den
Tropen
in Aquatorrichtung und den gemaßigten Zonen in Richtung der Pole, ungefahr zwischen 25° und 40° nordlicher beziehungsweise sudlicher Breite. In den Subtropen herrschen tropische Sommer und nicht-tropische Winter vor. Die Subtropen lassen sich weiter in trockene, winterfeuchte, sommerfeuchte und immerfeuchte Subtropen unterteilen.
Weitverbreitet wird
subtropisches Klima
mit einer Mitteltemperatur im Jahr uber 20 Grad Celsius, und einer Mitteltemperatur des kaltesten Monats von unterhalb 20 Grad definiert.
Die Unterschiede zwischen den Langen von Tag und Nacht sind relativ gering.
Die Vegetation umfasst vor allem
trockene Offenlandschaften
(
Heiße Halbwusten
und -
Wusten
wie die
Sahara
und die
australischen Wusten
), aber auch Waldgebiete (
lichte Hartlaubwalder
der
winterfeuchten ?Mittelmeerklimate“
und dichte
Lorbeerwalder
der
immerfeuchten Subtropen
).
Tropen
Die Tropen befinden sich zwischen dem nordlichen und sudlichen
Wendekreis
. In den Tropen sind Tag und Nacht immer ungefahr gleich lang (zwischen 10,5 und 13,5 Stunden).
Die Tropen konnen in die immerfeuchten und wechselfeuchten Tropen unterteilt werden. Nur die wechselfeuchten Tropen haben zwei klimatisch unterscheidbare Jahreszeiten: Trocken- und Regenzeit.
Die Tropen werden
vegetationsgeographisch
in die
sommerfeuchten-
Trocken-
und
Feuchtsavannen
sowie die
Regenwalder
der
immerfeuchten Tropen
(
Amazonasbecken
,
Kongobecken
,
Malaiischer Archipel
und
Neuguinea
) untergliedert. In den Tropen konzentriert sich die großte
Artenvielfalt
und
Biodiversitat
der Erde.
Jahreszeiten
Die Jahreszeiten werden in erster Linie von der Einstrahlung der Sonne verursacht und konnen infolgedessen durch Temperatur- und/oder Niederschlagsmengenschwankungen gepragt sein. Darunter wird in der gemaßigten Zone gewohnlich der Wechsel der Tageshochst- bzw. Tagestiefsttemperaturen verstanden. In den Subtropen und starker in den Tropen werden diese Temperaturunterschiede mit Schwankungen der Monatsmittel des Niederschlags uberlagert, und in seiner Wahrnehmbarkeit verringert.
Die Unterschiede entstehen durch die Neigung des Aquators gegen die
Ekliptik
. Dies hat zur Folge, dass der
Zenitstand
der Sonne zwischen dem nordlichen und sudlichen Wendekreis hin- und herwandert (daher auch der Name Wendekreis). Dadurch entstehen neben den unterschiedlichen Einstrahlungen auch die Unterschiede der Langen von Tag und Nacht, die je nach Jahreszeit stark variieren. Diese Unterschiede nehmen zum Pol hin immer mehr zu.
Die Wanderung erfolgt im Jahresrhythmus wie folgt:
- 21. Dezember (Wintersonnenwende): Die Sonne steht uber dem sudlichen Wendekreis (Wendekreis des Steinbocks). Auf der Nordhalbkugel ist nun der kurzeste und auf der Sudhalbkugel der langste Tag des Jahres. Der astronomische Winter beginnt. Auf der Nordhalbkugel erreicht die mittlere (Tages- bzw. Monats-)Temperatur durch die nun geringe Sonneneinstrahlung dort mit einiger Verzogerung ihren Tiefstpunkt. Am Nordpol ist die Mitte der Polarnacht und am Sudpol die Mitte des Polartags.
- 19. bis 21. Marz: Tagundnachtgleiche: Im Norden beginnt astronomisch der Fruhling und im Suden der Herbst. Die Sonne ist auf Hohe des Aquators.
- 21. Juni (Sommersonnenwende): Die Sonne steht uber dem nordlichen Wendekreis (Wendekreis des Krebses). Langster Tag im Norden und kurzester Tag im Suden. Auf der Nordhalbkugel beginnt nun der astronomische Sommer und auf der Sudhalbkugel der astronomische Winter. Auf der Nordhalbkugel erreicht die mittlere Tages- bzw. Monatstemperatur durch die hohere Sonneneinstrahlung dort mit einiger Verzogerung ihren Hochstpunkt. Am Nordpol ist die Mitte des Polartags und am Sudpol die Mitte der Polarnacht.
- 22. oder 23. September: Tagundnachtgleiche: Im Norden beginnt astronomisch der Herbst, im Suden der Fruhling. Die Sonne ist wieder auf Hohe des Aquators.
Abweichend davon wird in der
Meteorologie
der Beginn der Jahreszeiten jeweils auf den Monatsanfang vorverlegt (1. Dezember, 1. Marz usw.).
Globaler Energiehaushalt
Der Energiehaushalt der Erde wird wesentlich durch die
Einstrahlung
der Sonne und die
Ausstrahlung
der Erdoberflache bzw. Atmosphare bestimmt, also durch den
Strahlungshaushalt der Erde
. Die restlichen Beitrage 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 Zerfalle
erzeugte
geothermische
Energiebeitrag aus, etwa 0,007 % stammen aus der menschlichen Nutzung fossiler und nuklearer Energietrager und etwa 0,002 % verursacht die
Gezeitenreibung
.
Die Erde hat eine geometrische
Albedo
im Mittel von 0,367, wobei ein wesentlicher Anteil auf die Wolken der Erdatmosphare zuruckzufuhren ist. Dies fuhrt zu einer globalen effektiven Temperatur von 246 K (?27 °C). Die Durchschnittstemperatur am Boden liegt jedoch durch einen starken atmospharischen
Treibhauseffekt
bzw.
Gegenstrahlung
bei etwa 288 K (15 °C), wobei die
Treibhausgase
Wasser und Kohlendioxid den Hauptbeitrag liefern.
Einfluss des Menschen
|
|
|
|
Die Wechselwirkungen zwischen Lebewesen und Klima haben heute eine neue Quantitat durch den zunehmenden Einfluss des Menschen erreicht. Wahrend etwa 1,8 Milliarden Menschen im Jahr 1920 die Erde bevolkerten, wuchs die
Erdbevolkerung
bis zum Jahr 2008 auf knapp 6,7 Milliarden und bis zum Jahr 2022 auf rund 8,0 Milliarden Menschen.
[14]
Die
UNO
rechnete fur den Zeitraum 2015 bis 2020 mit einem
Bevolkerungswachstum
von rund 78 Millionen Menschen pro Jahr.
[15]
Im Jahr 2022 wurde die Acht-Milliarden-Menschen-Marke uberschritten.
[16]
Die UNO erwartet fur 2050 etwa 9,7 Milliarden Menschen und fur 2100 10,9 Milliarden Menschen.
[17]
Ein starkes
Bevolkerungswachstum
ist fur die absehbare Zukunft in den Entwicklungslandern weiterhin zu erwarten, wahrend in vielen hoch entwickelten Landern die Bevolkerung
stagniert
oder nur sehr langsam wachst, aber deren industrieller Einfluss auf die Natur weiterhin wachst.
Da viele Menschen nach steigendem
Lebensstandard
streben,
konsumieren
sie mehr, was aber mehr
Energie verbraucht
.
[18]
Die meiste Energie stammt aus der Verbrennung
fossiler Energietrager
, der
Kohlenstoffdioxidgehalt in der Atmosphare
erhoht sich daher. Da
Kohlendioxid
eines der wichtigsten
Treibhausgase
ist, fuhrte das zum
anthropogenen Klimawandel
, der nach den meisten Experten die globale Durchschnittstemperatur deutlich steigern wird. Die
Folgen dieses Prozesses
werden Klima,
Meere
,
Vegetation
,
Tierwelt
und Menschen erheblich beeinflussen. Die primaren Folgen sind haufigere und verstarkte
Wetterereignisse
, ein steigender Meeresspiegel infolge abschmelzenden
Inlandeises
und der
Warmeausdehnung
des Wassers, sowie eine
Verlagerung der Klima- und Vegetationszonen
nach Norden. Sofern die internationalen
Klimaschutzbemuhungen
zu wenig Erfolg haben, kann es zu einem Szenario unkalkulierbarer Risiken fur die Erde kommen, das von den Medien auch als ?
Klimakatastrophe
“ bezeichnet wird.
Mond
Der Mond umkreist die Erde als
naturlicher Satellit
. Das Verhaltnis des Durchmessers des Mondes zu seinem Planeten von 0,273 (mittlerer Monddurchmesser 3 476 km zu mittlerem Erddurchmesser 12 742 km) ist deutlich großer als bei den naturlichen Satelliten der anderen Planeten.
Wissenschaftliche Uberlegungen legen die Annahme nahe, dass der Mond durch einen Zusammenstoß der
Proto-Erde
mit dem marsgroßen
Protoplaneten Theia
entstand
.
[19]
Der Mond stabilisiert die
Erdachse
, deren Neigung mit ± 1,3° um den Mittelwert 23,3° schwankt. Diese Schwankung ware viel großer, wenn die Prazessionsperiode von etwa 26 000 Jahren in
Resonanz
mit einer der vielen periodischen Storungen stunde, die von der Gravitation der anderen Planeten stammen und die Erdbahn beeinflusst. Gegenwartig beeinflusst nur eine geringe Storung von
Jupiter
und
Saturn
mit einer Periode von 25 760 Jahren die Erde, ist aber zu schwach, um viel zu verandern. Die Neigung der Erdachse ware, wie Simulationen zeigen, im gegenwartigen Zustand des Sonnensystems instabil, wenn die Neigung im Bereich von etwa 60° bis 90° lage; die tatsachliche Neigung von gut 23° hingegen ist weit genug von starken Resonanzen entfernt und bleibt stabil.
[20]
Hatte die Erde jedoch keinen Mond, so ware die Prazessionsperiode etwa dreimal so groß, weil der Mond etwa zwei Drittel der Prazessionsgeschwindigkeit verursacht und ohne ihn nur das Drittel der Sonne ubrigbliebe. Diese deutlich langere Prazessionsperiode lage nahe vielen Storungen, von denen die starksten mit Perioden von 68 750, 73 000 und 70 800 Jahren erhebliche Resonanzeffekte verursachen wurden. Unter diesen Umstanden zeigen Rechnungen, dass alle Achsneigungen zwischen 0° und etwa 85° instabil waren. Dabei wurde eine typische Schwankung von 0° bis 60° weniger als 2 Millionen Jahre erfordern.
[20]
Der Mond verhindert diese Resonanzen und stabilisiert so mit seiner relativ großen Masse die Neigung der Erdachse gegen die Ekliptik. Dies stabilisiert auch die Jahreszeiten und schafft so gunstige Bedingungen fur die Entwicklung des Lebens auf der Erde.
Großenverhaltnis zwischen Erde und Mond und ihr Abstand zueinander:
|
L4 und L5
|
Erde
|
Mond
|
Weitere Begleiter
Außer dem Mond existieren kleinere
erdnahe Objekte
: Koorbitale
Asteroiden
, die zwar nicht die Erde umkreisen, aber in einer 1:1-
Bahnresonanz
auf einer
Hufeisenumlaufbahn
um die Sonne kreisen. Beispiele dafur sind der etwa 50 bis 110 Meter große Asteroid
2002 AA
29
und der etwa zehn bis 30 Meter große Asteroid
2003 YN
107
.
Auch in bzw. bei den
Lagrange-Punkten
L4 und L5 der Erde konnen sich Begleiter aufhalten, die dann
Trojaner
heißen. Bislang wurde ein einziger naturlicher Trojaner der Erde entdeckt, der etwa 300 Meter große Asteroid
2010 TK
7
.
Entstehung der Erde
|
Die Erde als ?blassblauer Punkt“, aufgenommen von der
Raumsonde
Voyager 1
am 14. Februar 1990 aus einer Entfernung von etwa 40,5
AE
(ca. 6 Mrd. km)
|
Entstehung des Erdkorpers
Die Erde entstand wie die Sonne und ihre anderen Planeten vor etwa 4,6
Milliarden Jahren
, als sich der
Sonnennebel
verdichtete. Die Erde wurde, wie heute allgemein angenommen, wahrend der ersten 100 Millionen Jahre intensiv von Asteroiden bombardiert. Heute fallen nur noch wenige Objekte vom Himmel. Dort erscheinen die meisten Objekte als
Meteore
und sind kleiner als 1 cm. Auf der Erde sind im Gegensatz zum Mond fast alle
Einschlagkrater
durch geologische Prozesse verschwunden. Die junge Erde erhitzte sich durch die kinetische Energie der
Einschlage
wahrend des schweren Bombardements und durch die Warmeproduktion des radioaktiven Zerfalls, bis sie großtenteils aufgeschmolzen war. Danach
differenzierte sich gravitativ
der Erdkorper in einen
Erdkern
und einen
Erdmantel
. Dabei sanken die schwersten Elemente, vor allem
Eisen
, zum Schwerpunkt der Erde, wobei auch Warme frei wurde. Leichte Elemente, vor allem
Sauerstoff
,
Silizium
und
Aluminium
, stiegen nach oben und aus ihnen bildeten sich hauptsachlich
silikatische
Minerale, aus denen auch die Gesteine der
Erdkruste
bestehen. Da die Erde vorwiegend aus Eisen und Silikaten besteht, hat sie wie alle terrestrischen Planeten eine recht hohe mittlere Dichte von 5,515 g/cm³.
Die Erdoberflachen-Entwicklung im Wechselspiel der geologischen und biologischen Faktoren wird als
Erdgeschichte
bezeichnet.
Herkunft des Wassers
Woher das
Wasser
auf der Erde kommt, und insbesondere warum die Erde deutlich mehr Wasser hat als die anderen erdahnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklart. Ein Teil des Wassers durfte als Wasserdampf aus
Magma
ausgegast
sein, also letztlich aus dem
Erdinneren
kommen. Ob das aber fur die heutige Menge an Wasser ausreicht, ist fraglich. Weitere große Anteile konnten von Einschlagen von
Kometen
,
transneptunischen Objekten
oder wasserreichen
Asteroiden
(
Protoplaneten
) aus den außeren Bereichen des
Asteroidengurtels
stammen. Wobei Messungen des Isotopen-Verhaltnisses von
Deuterium
zu
Protium
(D/H-Verhaltnis) eher auf Asteroiden deuten, da in Wassereinschlussen in kohligen
Chondriten
ahnliche Isotopen-Verhaltnisse gefunden wurden wie im Ozeanwasser, wohingegen das Isotopen-Verhaltnis von Kometen und transneptunischen Objekten nach bisherigen Messungen nicht mit dem von irdischem Wasser ubereinstimmt.
Leben
Die Erde ist der einzige bekannte Planet, auf dem eine
Biosphare
mit
Lebensformen
existiert. Das Leben begann nach heutigem Wissen moglicherweise bereits relativ schnell nach dem Ende des
letzten schweren Bombardements
großer Asteroiden: der letzten Phase
der Entstehung des Sonnensystems
, die von der Erdentstehung von vor etwa 4,6 bis vor etwa 3,9 Milliarden Jahren dauerte. Danach kuhlte sich die Erde ab, so dass sich eine stabile Kruste bildete, auf der sich dann Wasser sammeln konnte. Das Leben entwickelte sich, wie Hinweise vermuten lassen, die jedoch nicht von allen Wissenschaftlern anerkannt werden, schon (geologisch) kurze Zeit spater:
In 3,85 Milliarden Jahre altem Sedimentgestein aus der
Isua-Region
im Sudwesten Gronlands wurden in den Verhaltnissen von Kohlenstoffisotopen Anomalien entdeckt, die auf biologischen
Stoffwechsel
deuten konnten. Das Gestein kann aber auch statt Sedimentgestein nur stark verandertes Ergussgestein sein, ohne dabei auf Leben zu deuten. Die altesten direkten, allerdings umstrittenen Hinweise auf Leben sind Strukturen in 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen der
Warrawoona-Gruppe
im Nordwesten Australiens und im Barberton-
Grunsteingurtel
in Sudafrika, die als von
Cyanobakterien
verursacht gedeutet werden. Die altesten eindeutigen Lebensspuren auf der Erde sind 1,9 Milliarden Jahre alte
Fossilien
aus der Gunflint-Formation in Ontario, die
Bakterien
oder
Archaeen
gewesen sein konnten.
Mit der Erd
klimageschichte
sind untrennbar die
chemische
wie die
biologische Evolution
verknupft. Obwohl anfangs die Sonne deutlich weniger als heute strahlte (vgl.
Paradoxon der schwachen jungen Sonne
), existieren Hinweise auf irdisches Leben, grundsatzlich vergleichbar dem heutigen, ?seit es Steine gibt“.
[21]
Des pflanzlichen Lebens Stoffwechsel, also die
Photosynthese
, reicherte die Erdatmosphare mit molekularem Sauerstoff an, so dass sie ihren oxidierenden Charakter bekam. Zudem veranderte die Pflanzendecke merklich die
Albedo
und damit die Energiebilanz der Erde.
Die Lebensformen auf der Erde entstanden in der permanenten
Wechselwirkung
zwischen dem Leben und den herrschenden klimatischen,
geologischen
und
hydrologischen
Umweltbedingungen
und bilden die Biosphare: eine
systemische
Ganzheit, die in großflachigen
Biomen
,
Okosystemen
und
Biotopen
beschrieben wird.
Mensch und Umwelt
Auf der Erde existiert seit rund 3 bis 2 Millionen Jahren die Gattung
Homo
, zu der der seit rund 300.000 Jahren existierende anatomisch moderne
Mensch
gehort. Die Menschen lebten bis zur Erfindung von
Pflanzenbau
und
Nutztierhaltung
im Vorderen Orient (ca. 11.), in China (ca. 8.) und im mexikanischen Tiefland (ca. 6. Jahrtausend v. Chr.) ausschließlich als
Jager und Sammler
. Seit dieser
neolithischen Revolution
verdrangten die vom Menschen
gezuchteten
Kulturpflanzen
und
-tiere
bei der Ausbreitung der
Zivilisationen
die Wildpflanzen und -tiere immer mehr. Der Mensch beeinflusst spatestens seit der
industriellen Revolution
das Erscheinungsbild und die Entwicklung der Erde immer mehr: Große Landflachen wurden in Industrie- und Verkehrsflachen umgewandelt.
Dieser
anthropogene
Wandel wirkte bereits zu Beginn der
Neuzeit
in einigen Erdregionen deutlich negativ: So entstand in Mitteleuropa seit dem 16. Jahrhundert eine dramatische
Holznot
, die eine erhebliche Entwaldung verursachte. Daraus entstanden im 18. und 19. Jahrhundert die ersten großeren
Bewegungen
in Europa und Nordamerika fur
Umwelt-
und
Naturschutz
.
Umweltverschmutzung
und
-zerstorung
globalen Ausmaßes nahmen im 20. Jahrhundert schnell zu. Die zugrundeliegenden Zusammenhange zeigte die 1972 erschienene Studie ?
Grenzen des Wachstums
“ erstmals umfassend auf. Der internationale Umweltschutz-
Aktionstag
ist seit 1990 der 22. April und heißt
Tag der Erde
. 1992 kam eine erste ?Warnung der Welt-Wissenschaftsgemeinde an die Menschheit“ zur dringenden Reduzierung schadlicher Einflusse auf die Erde.
[22]
Das Jahr 2008 wurde von den Vereinten Nationen unter Federfuhrung der
UNESCO
zum
Internationalen Jahr
des Planeten Erde (IYPE) erklart. Diese bislang großte weltweite Initiative in den
Geowissenschaften
soll die Bedeutung und den Nutzen der modernen Geowissenschaften fur die Gesellschaft und fur eine
nachhaltige Entwicklung
verdeutlichen. Zahlreiche Veranstaltungen und interdisziplinare Projekte auf internationaler und nationaler Ebene erstreckten sich von 2007 bis 2009 uber einen Zeitraum von insgesamt drei Jahren.
[23]
Um die entscheidenden
okologischen
Belastungsgrenzen der Erde zu quantifizieren, formulierte 2009 ein 28-kopfiges Wissenschaftlerteam unter Leitung von
Johan Rockstrom
(Stockholm Resilience Centre) die
Planetary Boundaries
:
[24]
Menschlicher Einfluss auf die Zukunft
?Ampel“-Darstellung der okologischen Trends der Erde nach William J. Ripple et al.: ?Zweite Warnung an die Menschheit“ (2017)
*) = Emissionen von ozonabbauenden Halogenverbindungen als
R-11-Aquivalente
im Megatonnen unter Annahme einer konstanten naturlichen Emissionsrate von 0,11 Mt pro Jahr
Die nahere Zukunft der Erdoberflache hangt sehr stark von der Entwicklung des
menschlichen Umwelteinflusses
ab.
Dazu veroffentlichten 15 372 Wissenschaftler aus 184 Landern am 13. November 2017 eine ?zweite Warnung an die Menschheit“, da es außer beim Schutz der Ozonschicht und den Fischfangquoten keine realen Fortschritte gegeben hat: Fast alle wichtigen okologischen Kennzahlen haben sich drastisch verschlechtert. Besonders beunruhigend sind die Trends bei der Klimaerwarmung, der
Entwaldung
, der Zunahme
toter Gewasser
und der Verringerung der Artenvielfalt. Die Wissenschaftler sehen die Lebensgrundlagen der Menschheit ernsthaft gefahrdet und rufen zu kurzfristigen Gegenmaßnahmen auf.
[22]
Zukunft
Veranderungen durch das Altern der Sonne
Die fernere Zukunft der Erde ist eng an die der
Sonne
gebunden.
Im Sonnenkern vermindert die
Kernfusion
die Teilchenzahl (4 p + 2 e → He
2+
), aber kaum die Masse. Daher wird der Kern langsam schrumpfen und heißer werden. Außerhalb des Kerns wird sich die Sonne ausdehnen, das Material wird durchlassiger fur Strahlung, sodass die Leuchtkraft der Sonne etwa um 10 % uber die nachsten 1,1 Milliarden Jahre und um 40 % nach 3,5 Milliarden Jahren zunehmen wird.
[25]
Sofern obige Sonnenveranderungen als Haupteinflussfaktor auf die Erde angenommen werden, wird vermutet, dass die Erde noch etwa 500 Millionen Jahre lang ahnlich wie heute belebt bleiben konne.
[26]
Danach, so zeigen Klimamodelle, wird der
Treibhauseffekt
instabil und hohere Temperatur fuhrt zu mehr Wasserdampf in der Atmosphare, was wiederum den Treibhauseffekt verstarken wird.
[27]
Der warme Regen wird durch Erosion den anorganischen
Kohlenstoffzyklus
beschleunigen, wodurch der CO
2
-Gehalt der Atmosphare auf etwa 10
ppm
in etwa 900 Millionen Jahren (verglichen mit 280 ppm in vorindustrieller Zeit) stark abnehmen wird, sodass mit den Pflanzen auch die Tiere verhungern werden.
[28]
Nach einer weiteren Milliarde Jahren wird das gesamte Oberflachenwasser verschwunden sein
[29]
und die globale Durchschnittstemperatur der Erde +70 °C erreichen.
[28]
Verlassen des Sonnensystems
Ein ?
Wild-Card
“-Ereignis ware das Herausschleudern der Erde aus dem Sonnensystem durch das nahe Vorbeiziehen eines Sterns (aufgrund der Wirkung von dessen
Gravitation
auf die Erde). Die Wahrscheinlichkeit dafur, dass das innerhalb der nachsten funf Milliarden Jahre passiert, liegt bei etwa 1 zu 100.000 (0,001 %). In diesem Szenario wurden die Ozeane innerhalb einiger Millionen Jahre fast vollstandig gefrieren und nur noch vereinzelte Taschen flussigen Wassers etwa 14 km unter der Oberflache bestehen. Mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 1 zu 3.000.000 zieht stattdessen ein
Doppelstern
vorbei, nimmt die Erde in eine Umlaufbahn auf und halt so sogar die
Biosphare
intakt.
[30]
Zerstorung
Verschiedene weitere Wild-Card-Ereignisse konnten die Erde schon bald zerstoren. Beispiele hierfur sind:
- Zerstorung durch die Kollision mit einem anderen ausreichend großen
Himmelskorper
(Hierzu zahlt ebenfalls der Eintritt der Erde in den Anziehungsbereich eines
Schwarzen Lochs
oder
Neutronensterns
ausreichender Große. Die Wahrscheinlichkeit fur all solche Kollisionen ist aber selbst dann, wenn der
Andromedanebel
in fruhestens zwei
[31]
Milliarden Jahren mit der Milchstraße kollidiert, noch gering aufgrund der großen Leere des Universums sogar innerhalb von Galaxien.)
- Umwandlung in
Seltsame Materie
durch die Kollision mit einem
Strangelet
- Zerstorung durch
Außerirdische
Ohne Wild Cards oder menschliches Einwirken wird die Erde ab in etwa sieben Milliarden Jahren in die Sonne absturzen und vergluhen. Die oben beschriebene Vergroßerung sowie die Leuchtkraftzunahme der Sonne wird sich zuvor deutlich beschleunigt haben. Irgendwann wird die Sonne als
Roter Riese
bis an die heutige Erdbahn reichen. Zwar wird die Sonne als Roter Riese durch starken
Sonnenwind
etwa 30 % ihrer Masse verlieren, sodass rechnerisch der Erdbahnradius auf 1,7 AE anwachsen wird,
[25]
aber die Erde wird in der nahen, sehr diffusen Sonnenoberflache eine ihr nachlaufende Gezeitenwelle hervorrufen, die an ihrer Bahnenergie zehren und so die Flucht vereiteln wird.
[25]
[32]
Siehe auch
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Weblinks
Medien
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und entferne dann diesen Hinweis.
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