Die äußere Hülle

Die äußerste, starre, felsige Schicht der Erde wird Kruste genannt. Sie besteht aus leicht schmelzbaren Gesteinen geringer Dichte; die kontinentale Kruste besteht überwiegend aus Granitgestein (siehe Granit), während die ozeanische Kruste hauptsächlich aus Basalt und Gabbro besteht. Analysen von seismischen Wellen, die durch Erdbeben im Erdinneren erzeugt werden, zeigen, dass sich die Kruste etwa 50 km unter den Kontinenten, aber nur 5-10 km unter den Ozeanböden erstreckt.

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An der Basis der Kruste markiert eine scharfe Änderung im beobachteten Verhalten seismischer Wellen die Schnittstelle mit dem Mantel. Der Mantel besteht aus dichteren Gesteinen, auf denen die Gesteine der Kruste schwimmen. Auf geologischen Zeitskalen verhält sich der Mantel wie eine sehr viskose Flüssigkeit und reagiert auf Belastungen mit Fließen. Der oberste Mantel und die Kruste bilden zusammen eine einzige starre Schicht, die Lithosphäre.

Die lithosphärische Außenhülle der Erde besteht nicht aus einem einzigen Stück, sondern ist, wie eine leicht zerbrochene Eierschale, in etwa ein Dutzend größerer, separater, starrer Blöcke oder Platten unterteilt. Es gibt zwei Arten von Platten: ozeanische und kontinentale. Ein Beispiel für eine ozeanische Platte ist die Pazifische Platte, die sich vom Ostpazifischen Rücken bis zu den Tiefseegräben erstreckt, die den westlichen Teil des Pazifikbeckens begrenzen. Ein Beispiel für eine kontinentale Platte ist die Nordamerikanische Platte, die sowohl Nordamerika als auch die ozeanische Kruste zwischen ihm und einem Teil des Mittelatlantischen Rückens umfasst. Letzterer ist eine riesige unterseeische Gebirgskette, die sich entlang der Achse des Atlantikbeckens erstreckt und auf halbem Weg zwischen Afrika und Nord- und Südamerika verläuft.

Die lithosphärischen Platten sind unter den Ozeanen etwa 60 km (35 Meilen) dick und unter den Kontinenten 100-200 km (60-120 Meilen). (Es sei darauf hingewiesen, dass diese Mächtigkeiten durch die mechanische Steifigkeit des lithosphärischen Materials definiert sind. Sie entsprechen nicht der Dicke der Kruste, die an ihrer Basis durch die oben erwähnte Diskontinuität im seismischen Wellenverhalten definiert ist). Sie ruhen auf einer schwachen, vielleicht teilweise geschmolzenen Schicht des oberen Mantels, der Asthenosphäre. Langsame Konvektionsströme tief im Mantel, die durch die radioaktive Erwärmung des Inneren erzeugt werden, treiben die Platten (und die darauf liegenden Kontinente) mit einer Geschwindigkeit von mehreren Zentimetern pro Jahr seitlich an. Die Platten interagieren entlang ihrer Ränder, und diese Grenzen werden auf der Grundlage der relativen Bewegungen der benachbarten Platten in drei allgemeine Typen eingeteilt: divergent, konvergent und transformiert (oder Streichgleiten).

In Gebieten der Divergenz bewegen sich zwei Platten voneinander weg. Auftriebsbewegungen im Erdmantel zwingen die Platten an Riftzonen (z. B. in der Mitte des Atlantiks) auseinander, wo Magmen aus dem darunter liegenden Erdmantel aufsteigen und neue ozeanische Krustengesteine bilden.

Lithosphärenplatten bewegen sich an konvergenten Grenzen aufeinander zu. Wenn eine kontinentale und eine ozeanische Platte aufeinandertreffen, wird die Vorderkante der ozeanischen Platte unter die kontinentale Platte und in die Asthenosphäre gedrückt – ein Vorgang, der Subduktion genannt wird. Allerdings subduzieren nur die dünneren, dichteren Platten der ozeanischen Kruste. Wenn zwei dickere, schwimmfähigere Kontinente an konvergenten Zonen aufeinandertreffen, widerstehen sie der Subduktion und neigen dazu, sich zu verbiegen, wodurch große Gebirgszüge entstehen. Der Himalaya und das angrenzende Tibet-Plateau entstanden während einer solchen Kontinent-Kontinent-Kollision, als Indien durch die Relativbewegung der Indisch-Australischen Platte in die Eurasische Platte hineingetragen wurde.

Bei der dritten Art von Plattengrenze, der Transform-Variante, gleiten zwei Platten parallel zueinander in entgegengesetzte Richtungen. Diese Gebiete sind oft mit einer hohen Seismizität verbunden, da die Spannungen, die sich in den gleitenden Krustenplatten aufbauen, in Abständen freigesetzt werden und Erdbeben erzeugen. Die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien ist ein Beispiel für diese Art von Grenze, die auch als Verwerfung oder Bruchzone bezeichnet wird (siehe submarine Bruchzone).

Die meisten aktiven tektonischen Prozesse auf der Erde, einschließlich fast aller Erdbeben, finden in der Nähe von Plattenrändern statt. Vulkane bilden sich entlang von Subduktionszonen, weil die ozeanische Kruste beim Abtauchen in den heißen Erdmantel umgeschmolzen wird und dann als Lava an die Oberfläche steigt. Auf diese Weise bilden sich Ketten aktiver, oft explosiver Vulkane, z. B. im westlichen Pazifik und an den Westküsten Amerikas. Ältere Gebirgszüge, die durch Verwitterung und Abfluss erodiert wurden, markieren Zonen früherer Aktivität am Plattenrand. Die ältesten, geologisch stabilsten Teile der Erde sind die zentralen Kerne einiger Kontinente (wie Australien, Teile Afrikas und das nördliche Nordamerika). Sie werden als Kontinentalschilde bezeichnet und sind Regionen, in denen Gebirgsbildung, Verwerfungen und andere tektonische Prozesse im Vergleich zu den Aktivitäten an den Plattenrändern nur in geringem Maße stattfinden. Aufgrund ihrer Stabilität hatte die Erosion genügend Zeit, um die Topografie der Kontinentalschilde abzuflachen. Auf den Kontinentalschilden sind auch die geologischen Spuren von Kratereinschlägen durch Asteroiden und Kometen besser erhalten. Doch auch dort haben tektonische Prozesse und die Einwirkung von Wasser viele alte Strukturen ausgelöscht. Im Gegensatz dazu ist ein Großteil der ozeanischen Kruste wesentlich jünger (mehrere zehn Millionen Jahre alt), und keine der Krusten reicht mehr als 200 Millionen Jahre zurück.

Dieser konzeptionelle Rahmen, in dem die Wissenschaftler heute die Entwicklung der Lithosphäre der Erde verstehen – die Plattentektonik -, wird fast allgemein akzeptiert, auch wenn noch viele Details ausgearbeitet werden müssen. So sind sich die Wissenschaftler beispielsweise noch nicht einig, wann sich die ursprünglichen kontinentalen Kerne gebildet haben oder wann die modernen plattentektonischen Prozesse in Gang gesetzt wurden. Sicherlich waren die Prozesse der inneren Konvektion, der Entmischung von Mineralien durch teilweises Schmelzen und Rekristallisation sowie des basaltischen Vulkanismus in den ersten Milliarden Jahren der Erdgeschichte, als das Innere des Planeten viel heißer war als heute, stärker ausgeprägt; dennoch kann die Art und Weise, wie die Landmassen an der Oberfläche entstanden und sich verteilten, anders gewesen sein.

Nach der Entstehung großer Kontinentalschilde war die Plattentektonik durch den zyklischen Aufbau und das Auseinanderbrechen von Superkontinenten gekennzeichnet, die durch die Verschmelzung vieler kleinerer Kontinentalkerne und Inselbögen entstanden. Die Wissenschaftler haben zwei solcher Zyklen in den geologischen Aufzeichnungen identifiziert. Vor etwa 700 Millionen Jahren, im späten Präkambrium, begann ein Superkontinent in mehrere große Kontinente zu zerfallen, doch vor etwa 250 Millionen Jahren, zu Beginn der Trias, führte die fortgesetzte Drift dieser Kontinente dazu, dass sie sich wieder zu einer einzigen superkontinentalen Landmasse namens Pangea zusammenschlossen. Etwa 70 Millionen Jahre später begann Pangea zu zersplittern, so dass sich allmählich die heutige Kontinentalstruktur herausbildete. Die Verteilung ist immer noch asymmetrisch, wobei sich die Kontinente überwiegend auf der Nordhalbkugel gegenüber dem Pazifikbecken befinden.

Erstaunlicherweise zeigt von den vier terrestrischen Planeten nur die Erde Anzeichen für eine langfristige, durchdringende Plattentektonik. Sowohl die Venus als auch der Mars weisen eine Geologie auf, die von basaltischem Vulkanismus auf einer weitgehend unbeweglichen Kruste dominiert wird, mit nur schwachen Hinweisen auf möglicherweise begrenzte Episoden horizontaler Plattenbewegungen. Merkur ist von Natur aus viel dichter als die anderen terrestrischen Planeten, was auf einen größeren metallischen Kern schließen lässt; seine Oberfläche ist größtenteils mit Einschlagskratern bedeckt, zeigt aber auch ein globales Muster von Narben, die auf eine Schrumpfung des Planeten hindeuten, die möglicherweise mit einer Abkühlung im Inneren zusammenhängt. Wesentlich für die Art der Plattentektonik, die auf der Erde auftritt, sind offenbar eine große Planetengröße (daher ein hoher Wärmefluss und eine dünne Kruste), was beim Mars nicht der Fall ist, und das in der Kruste vorhandene Wasser, das das Gestein aufweicht, was bei der Venus schon sehr früh in ihrer Geschichte verloren ging. Obwohl die Erde tatsächlich geologisch aktiv ist und daher eine jugendliche Oberfläche besitzt, könnte die Oberfläche der Venus durch globalen Basaltvulkanismus innerhalb der letzten Milliarde Jahre vollständig erneuert worden sein, und kleine Teile der Marsoberfläche könnten in jüngster Zeit Erosion durch flüssiges Wasser oder Erdrutsche erfahren haben.