Erdkruste

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Übergang von ozeanischer zu kontinentaler Kruste an einem passiven Kontinentalrand. Darstellung vereinfacht

Die Erdkruste ist die äußere, feste Schicht der Erde und in der relativen Mächtigkeit einer Apfelhaut vergleichbar. Unter ihr liegen der feste bis zäh-plastische Erdmantel und 2900 km tiefer der großteils flüssige Erdkern.

Die Erdkruste setzt sich aus einem Mosaik vieler Erdplatten zusammen, deren Bewegung (2-10 Zentimeter pro Jahr) von der Theorie der Plattentektonik beschrieben wird. Erdbeben entstehen, wenn sich Spannungen an Gesteinsgrenzen oder Erdplatten ruckartig abbauen.

Die detaillierte Erforschung des Erdinnern begann vor etwa 200 Jahren. Doch schon die griechischen Naturphilosophen machten sich Gedanken über die Struktur der Erde, Newton berechnete ihre Abplattung mit einem einfachen physikalischen Modell, und auch Vulkanismus und Erdbeben ließen frühzeitig manche Schlüsse zu. Um 1900 entwickelten sich schließlich die modernen Messmethoden der Gravimetrie, der Seismik und der Geomagnetik.

Siehe Forschungsgeschichte des Erdinneren, Angewandte Geophysik

[Bearbeiten] Kontinentale und ozeanische Erdkruste

Man unterscheidet zwei Typen von Krustenmaterial:

1. die kontinentale Erdkruste - früher meist Sial genannt, da sie (neben Sauerstoff) hauptsächlich aus Silizium und Aluminium besteht,
2. die ozeanische Erdkruste - auch Sima genannt, da sie neben Sauerstoff und Silizium einen hohen Magnesiumanteil aufweist.

Die zwei Arten der Erdkruste unterscheiden sich in ihrer Entstehung, ihrer Zusammensetzung, ihrer Dichte und ihrer Dicke. Die bisher über andere Planeten und ihre Monde gewonnenen Daten deuten darauf hin, dass die Erde in unserem Sonnensystem der einzige Himmelskörper ist, der zwei unterschiedliche Krustenarten besitzt.

Ozeanische Erdkruste entsteht an auseinander driftenden Plattengrenzen am Meeresgrund, wo aus dem Erdmantel basisches Magma austritt, erstarrt und ein weltumspannendes System Mittelozeanischer Rücken (MOR) bildet. Dieses "junge" Krustengestein besteht hauptsächlich aus dem Basalt-ähnlichen Gabbro und hat eine relativ hohe Dichte (2,9 bis 3,1 g/cm³), was mit einer geringen Dicke der ozeanischen Erdkruste von fünf bis sieben Kilometern einhergeht. Nur vereinzelt ist sie über zehn Kilometer dick.

Kontinentales Krustengestein ist hingegen leichter (Gesteinsdichte um 2,7 g/cm³) und besteht hauptsächlich aus Granit („sauer“, Anteil der Kieselsäure SiO₂ über 66 Prozent) und seinem metamorphen Zwillingsgestein Gneis. Es ist das Endprodukt eines Prozesses, der die weniger dichten Mineralien im Laufe der Erdgeschichte zur Erdoberfläche aufsteigen ließ. Isostasie und Vulkanismus haben dabei die Hauptrolle gespielt, aber auch Metamorphose und chemisch-physikalische Prozesse der Verwitterung, die zur Ablagerung von Lockergesteinen (Sedimenten) führen.

Die kontinentale Erdkruste hat eine Dicke von 30 bis 60 km, wobei sie unter Gebirgsländern (insbesondere unter langen Gebirgsketten) viel weiter hinab reicht als im Durchschnitt. Dieser liegt bei knapp 40 km, lokale Extrema aber zwischen 25 km (Flachküsten) und 70 km (Himalaja). Wegen ihrer geringen Gesteinsdichte (Mittelwert 2,67 g/cm³) „schwimmen“ die Kontinente höher im Erdmantel als die dichtere ozeanische Kruste, tauchen aber gleichzeitig (analog einem Eisberg) tiefer hinab. Da sich Gesteine bei geologisch langsamen Bewegungen plastisch verhalten, hat sich im Laufe der Jahrmillionen ein weitgehendes Gleichgewicht eingestellt. Diese sog. Isostasie ist nach geophysikalisch- seismischen Messungen und verschiedenen Studien der Physikalischen Geodäsie auf etwa 90 Prozent gegeben.

Übergangsbereich zwischen kontinentaler (Sial)- und ozeanischer (Sima)-Erdkruste. Letztere schiebt sich unter die Sial-Kruste (siehe Conrad-Diskontinuität)

[Bearbeiten] Zusammensetzung der Erdkruste

Vermutlich setzt sich die simatische, ozeanische Krustenschicht (oder petrografisch verwandtes Material) teilweise unter der kontinentalen Sial-Kruste fort und bildet ihr unteres Drittel (siehe Bild und [Kertz] 209ff). Aus der Analyse von Erdbebenwellen konnte S.Mohorovicic 1909 den "Dichtesprung" zum Erdmantel nachweisen, der immerhin 0,5 g/cm³ oder fast 20% beträgt. Diese sogenannte Mohofläche verläuft in wechselnder Tiefe unter den Kontinenten (nach Ledersteger im Mittel 33 km tief, nach moderner Seismik 38 km). Um 1920 entdeckte V.Conrad einen zweiten Dichtesprung, die sog. Conrad-Diskontinuität in etwa 20 km Tiefe. Sie entspricht der (nicht ganz durchgängigen) Trennschicht zwischen Sial- und Sima-Krustengesteinen.

Fast alle chemischen Elemente - nämlich 93 - findet man in der Erdkruste mitsamt Ozeanen und Atmosphäre. Dabei macht der Sauerstoff mit 49,5 Gewichtsprozent den größten Teil aus, gefolgt von Silicium mit 25,8 % und Aluminium mit 7,6%. Weitere wichtige Bestandteile sind Eisen (4,7 %), Calcium (3,4 %), Natrium (2,6 %), Kalium (2,4 %) und Magnesium (1,95 %). Die restlichen 85 Elemente liegen jeweils unter einem Prozent, einige sind nur in Spuren vorhanden.

Ozeanische Kruste (basaltige Gesteine) entsteht laufend an den mittelozeanischen Rücken durch die Ozeanbodenspreizung. Dieser Prozess wird nach unserem heutigen Wissen durch Konvektionsströme im Erdmantel vorangetrieben. Zwei ozeanische Lithosphärenplatten weichen dabei typischerweise mit Geschwindigkeiten von einigen Millimetern bis Zentimetern im Jahr auseinander (Spreizungsrate).

[Bearbeiten] Literatur

• 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, Teil I, Hochschul-TB, 240 p., Spektrum Akademischer Verlag 1970/1992.
• F. Press, R. Siever, Understanding Earth [populärwiss.], W.H. Freeman, New York 2000.

[Bearbeiten] Siehe auch

• Geologie, Geophysik, Geodynamik, Seismik
• Erdschwerefeld, Lithosphäre, Erzlagerstätten
• USGS-Karte der mittleren Krustendicke (engl.)