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Wie bleibt das Erdinnere Milliarden von Jahren warm? Henry, 11, Somerville, Massachusetts
Unsere Erde ist ein bisschen wie eine Zwiebel aufgebaut: Sie besteht aus einer Schicht nach der anderen.
Von oben nach unten beginnt die Kruste, die die Oberfläche umfasst, auf der Sie gehen. dann weiter unten der Mantel, ein größtenteils fester Fels; dann, noch tiefer, der äußere Kern, bestehend aus flüssigem Eisen; und schließlich der innere Kern, der aus massivem Eisen besteht und dessen Radius 70 % der Größe des Mondes ausmacht. Je tiefer man taucht, desto heißer wird es – Teile des Kerns sind so heiß wie die Oberfläche der Sonne.
Reise zum Mittelpunkt der Erde
Als Professor für Erd- und Planetenwissenschaften erforsche ich das Innere unserer Welt. So wie ein Arzt eine Technik namens Ultraschall verwenden kann, um mit Ultraschallwellen Bilder von Strukturen im Inneren Ihres Körpers aufzunehmen, verwenden Wissenschaftler eine ähnliche Technik, um die inneren Strukturen der Erde abzubilden. Doch statt Ultraschall nutzen Geowissenschaftler seismische Wellen – Schallwellen, die bei Erdbeben entstehen.
Auf der Erdoberfläche sieht man natürlich Erde, Sand, Gras und Gehwege. Seismische Vibrationen offenbaren, was sich darunter verbirgt: große und kleine Felsen. Das alles ist Teil der Erdkruste, die bis zu 30 Kilometer in die Tiefe reichen kann; es schwebt über der Schicht, die Mantel genannt wird.
Der obere Teil des Mantels bewegt sich im Allgemeinen mit der Erdkruste. Zusammen werden sie Lithosphäre genannt, die eine durchschnittliche Dicke von etwa 100 Kilometern (60 Meilen) hat, obwohl sie an manchen Stellen dicker sein kann.
Die Lithosphäre ist in mehrere große Blöcke, sogenannte Platten, unterteilt. Beispielsweise liegt die Pazifische Platte unter dem gesamten Pazifischen Ozean und die Nordamerikanische Platte bedeckt den größten Teil Nordamerikas. Die Platten sind ein bisschen wie Puzzleteile, die grob zusammenpassen und die Erdoberfläche bedecken.
Die Platten sind nicht statisch; Stattdessen bewegen sie sich. Manchmal ist es über einen Zeitraum von Jahren nur ein winziger Bruchteil eines Zolls. Manchmal gibt es mehr Bewegung und sie kommt plötzlicher. Diese Art von Bewegung ist die Ursache für Erdbeben und Vulkanausbrüche.
Darüber hinaus ist die Plattenbewegung ein entscheidender und wahrscheinlich wesentlicher Faktor für die Entwicklung des Lebens auf der Erde, da sich bewegende Platten die Umwelt verändern und das Leben dazu zwingen, sich an neue Bedingungen anzupassen.
Die Hitze ist an
Die Bewegung der Platten erfordert einen warmen Mantel. Und tatsächlich steigt die Temperatur, je tiefer wir in die Erde vordringen.
Am Boden der Platten, etwa 100 Kilometer tief, beträgt die Temperatur etwa 2.400 Grad Fahrenheit (1.300 Grad Celsius).
Wenn Sie die Grenze zwischen dem Mantel und dem äußeren Kern erreichen, die 2.900 Kilometer entfernt ist, beträgt die Temperatur fast 2.700 °C.
Dann verdoppelt sich die Temperatur an der Grenze zwischen dem äußeren und dem inneren Kern auf fast 10.800 F (über 6.000 °C). Dies ist der Teil, der so heiß ist wie die Oberfläche der Sonne. Bei dieser Temperatur verdampft praktisch alles – Metalle, Diamanten, Menschen – zu Gas. Da der Kern jedoch tief im Inneren des Planeten einem sehr hohen Druck ausgesetzt ist, bleibt das Eisen, aus dem er besteht, flüssig oder fest.
Kollisionen im Weltraum
Woher kommt all diese Hitze?
Es kommt nicht von der Sonne. Obwohl es uns und alle Pflanzen und Tiere auf der Erdoberfläche erwärmt, kann Sonnenlicht nicht kilometerweit in das Innere des Planeten eindringen.
Stattdessen gibt es zwei Quellen. Eine davon ist die Wärme, die die Erde bei ihrer Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren geerbt hat. Die Erde entstand aus dem Sonnennebel, einer gigantischen Gaswolke, inmitten endloser Kollisionen und Verschmelzungen zwischen Gesteinsbrocken und Trümmern, sogenannten Planetesimalen. Dieser Prozess dauerte mehrere zehn Millionen Jahre.
Bei diesen Kollisionen wurde eine enorme Wärmemenge erzeugt, die ausreichte, um die gesamte Erde zum Schmelzen zu bringen. Obwohl ein Teil dieser Wärme an den Weltraum verloren ging, blieb der Rest im Inneren der Erde, wo ein Großteil davon noch heute verbleibt.
Die andere Wärmequelle: der Zerfall radioaktiver Isotope, die überall auf der Erde verteilt sind.
Um dies zu verstehen, stellen Sie sich zunächst ein Element als eine Familie vor, die aus Isotopen besteht. Jedes Atom eines bestimmten Elements hat die gleiche Anzahl an Protonen, aber verschiedene isotopische Cousins haben eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen.
Radioaktive Isotope sind nicht stabil. Sie geben einen konstanten Energiefluss ab, der in Wärme umgewandelt wird. Kalium 40, Thorium 232, Uran 235 und Uran 238 sind vier der radioaktiven Isotope, die das Erdinnere warm halten.
Einige dieser Namen kommen Ihnen vielleicht bekannt vor. Uran 235 wird beispielsweise als Brennstoff in Kernkraftwerken verwendet. Es besteht keine Gefahr, dass der Erde diese Wärmequellen ausgehen: Obwohl der größte Teil des ursprünglichen Uran-235 und Kalium-40 verschwunden ist, sind noch genügend Thorium-232 und Uran-238 übrig, um noch weitere Milliarden Jahre zu reichen.
Zusammen mit dem heißen Kern und Mantel liefern diese Energie freisetzenden Isotope die für die Plattenbewegung erforderliche Wärme.
Keine Hitze, keine Bewegung der Platten, kein Leben
Auch heute noch verändern sich bewegende Platten weiterhin die Erdoberfläche und schaffen über Millionen und Abermilliarden von Jahren ständig neue Landflächen und Ozeane. Platten beeinflussen auch die Atmosphäre auf ebenso langen Zeitskalen.
Aber ohne die innere Wärme der Erde hätten sich die Platten nicht bewegt. Die Erde wäre abgekühlt. Unsere Welt wäre wahrscheinlich unbewohnbar gewesen. Du wärst nicht da.
Denken Sie daran, wenn Sie das nächste Mal die Erde unter Ihren Füßen spüren.
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Dieser Artikel wurde von The Conversation erneut veröffentlicht, einer unabhängigen, gemeinnützigen Nachrichtenorganisation, die Ihnen vertrauenswürdige Fakten und Analysen liefert, die Ihnen helfen, unsere komplexe Welt zu verstehen. Es wurde geschrieben von: Shichun Huang, Universität von Tennessee
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Shichun Huang arbeitet nicht für Unternehmen oder Organisationen, die von diesem Artikel profitieren würden, berät sie nicht, besitzt keine Anteile an ihnen und erhält keine Finanzierung von ihnen, und hat über seine akademische Anstellung hinaus keine relevanten Verbindungen offengelegt.