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text: Als Erdbeben werden messbare Erschütterungen des Erdkörpers bezeichnet. Sie entstehen durch Masseverschiebungen, zumeist als tektonische Beben infolge von Verschiebungen der tektonischen Platten an Bruchfugen der Lithosphäre, in weniger bedeutendem Maße auch durch vulkanische Aktivität, Einsturz oder Absenkung unterirdischer Hohlräume, große Erdrutsche und Bergstürze sowie durch Sprengungen. Erdbeben, deren Herd unter dem Meeresboden liegt, werden auch Seebeben oder unterseeische Erdbeben genannt. Diese unterscheiden sich von anderen Beben zum Teil in den Auswirkungen wie zum Beispiel der Entstehung eines Tsunamis, jedoch nicht in ihrer Entstehung. Erdbeben bestehen in aller Regel nicht aus einer einzelnen Erschütterung, sondern ziehen meist weitere nach sich. Man spricht in diesem Zusammenhang von Vorbeben und Nachbeben mit Bezug auf ein stärkeres Hauptbeben. Treten Erdbeben über einen längeren, begrenzten Zeitraum gehäuft auf, so spricht man von einem Erdbebenschwarm oder Schwarmbeben. Solche treten vor allem in vulkanisch aktiven Regionen auf. In Deutschland gibt es gelegentlich Erdbebenschwärme im Vogtland und am Hochstaufen. Der deutlich größte Anteil aufgezeichneter Erdbeben ist zu schwach, um von Menschen wahrgenommen zu werden. Starke Erdbeben können Bauten vernichten, Tsunamis, Lawinen, Steinschläge, Bergstürze und Erdrutsche auslösen und dabei Menschen töten. Sie können die Gestalt der Erdoberfläche verändern und zählen zu den Naturkatastrophen. Die Wissenschaft, die sich mit Erdbeben befasst, heißt Seismologie. Die zehn stärksten seit 1900 gemessenen Erdbeben fanden mit einer Ausnahme alle an der Subduktionszone rund um den Pazifik, dem sogenannten Pazifischen Feuerring, statt (s. Liste unten). Laut einer Analyse von mehr als 35.000 Naturkatastrophen-Ereignissen durch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) kamen von 1900 bis 2015 weltweit insgesamt 2,23 Millionen Menschen durch Erdbeben ums Leben. Historisches Schon in der Antike fragten sich Menschen, wie Erdbeben und Vulkanausbrüche entstehen. Man schrieb diese Ereignisse häufig Göttern zu (in der griechischen Mythologie dem Poseidon). Manche Wissenschaftler im alten Griechenland glaubten, die Kontinente schwämmen auf dem Wasser und schaukelten wie ein Schiff hin und her. Andere Leute glaubten, Erdbeben brächen aus Höhlen aus. In Japan gab es den Mythos des Drachen, der den Erdboden erzittern ließ und Feuer spie, wenn er wütend war. Im europäischen Mittelalter schrieb man Naturkatastrophen dem Wirken Gottes zu. Mit der Entdeckung und Erforschung des Magnetismus entstand die Theorie, man könne Erdbeben wie Blitze ableiten. Man empfahl daher Erdbebenableiter nach Art der ersten Blitzableiter. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts kam die heute allgemein anerkannte Theorie von der Plattentektonik und der Kontinentaldrift durch Alfred Wegener auf. Ab der Mitte des 20. Jahrhunderts wurden die Erklärungsmuster der tektonischen Beben verbreitet diskutiert. Bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts konnte man daraus allerdings keine Technik zur sicheren Vorhersage von Erdbeben entwickeln. Messung, Erforschung, Ursachen und Folgen von Erdbeben Dynamische Prozesse im Erdinneren Erdbeben entstehen vor allem durch dynamische Prozesse im Erdinneren. Eine Folge dieser Prozesse ist die Plattentektonik, also die Bewegung der Lithosphärenplatten, die von der oberflächlichen Erdkruste bis in den lithosphärischen Mantel reichen. Besonders an den Plattengrenzen, an denen sich verschiedene Platten auseinander („Spreizungszone“), aufeinander zu („Subduktions-“ bzw. „Kollisionszone“) oder aneinander vorbei („Transformverwerfung“) bewegen, bauen sich mechanische Spannungen innerhalb des Gesteins auf, wenn sich die Platten in ihrer Bewegung verhaken und verkanten. Wird die Scherfestigkeit der Gesteine dann überschritten, entladen sich diese Spannungen durch ruckartige Bewegungen der Erdkruste und es kommt zum tektonischen Beben. Dabei kann mehr als das Hundertfache der Energie einer Wasserstoffbombe freigesetzt werden. Da die aufgebaute Spannung nicht auf die unmittelbare Nähe der Plattengrenze beschränkt ist, kann der Entlastungsbruch in selteneren Fällen auch im Inneren der Platte auftreten, wenn dort das Krustengestein eine Schwächezone aufweist. Die Temperatur nimmt zum Erdinneren hin stetig zu, weshalb das Gestein mit zunehmender Tiefe immer leichter deformierbar wird und schon in der unteren Erdkruste nicht mehr spröde genug ist, um brechen zu können. Erdbeben haben ihren Ursprung daher meist in der oberen Erdkruste, in wenigen Kilometern Tiefe. Vereinzelt werden jedoch Beben mit Herden bis in 700 km Tiefe nachgewiesen. Solche „Tiefherdbeben“ treten vor allem an Subduktionszonen auf. Dort bewegen sich zwei Platten aufeinander zu, wobei die dichtere der beiden unter jene mit der geringeren Dichte geschoben wird und in den Erdmantel abtaucht. Der abtauchende Teil der Platte (engl. ) erwärmt sich im Mantel jedoch relativ langsam, sodass dessen Krustenmaterial auch noch in größeren Tiefen bruchfähig ist. Die Hypozentren von Erdbeben, die innerhalb eines auftreten, ermöglichen somit Schlüsse auf die Position desselben in der Tiefe („Wadati-Benioff-Zone“). Als Auslöser dieser Tiefherdbeben gilt unter anderem die Volumenänderung des Slab-Gesteins infolge von Mineralumwandlungen unter den im Mantel herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen. Ferner kann aufsteigendes Magma in vulkanischen Zonen – meist eher schwache – Erdbeben verursachen. Bei unterseeischen Erdbeben, beim Ausbruch ozeanischer Vulkane oder beim Auftreten unterseeischer Erdrutsche können sogenannte Tsunamis entstehen. Bei plötzlicher vertikaler Verlagerung großer Teile des Ozeanbodens entstehen Wellen, die sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 800 Kilometern pro Stunde fortbewegen. Auf dem offenen Meer sind Tsunamis kaum wahrnehmbar; läuft die Welle jedoch in flacherem Wasser aus, steilt sich der Wellenberg auf und kann am Ufer in extremen Fällen bis zu 100 Meter Höhe erreichen. Am häufigsten entstehen Tsunamis im Pazifik. Deshalb besitzen die an den Pazifik angrenzenden Staaten ein Frühwarnsystem, das Pacific Tsunami Warning Center. Nachdem am 26. Dezember 2004 etwa 230.000 Menschen nach einem verheerenden Erdbeben im Indischen Ozean starben, wurde auch dort ein Frühwarnsystem errichtet. Frostbeben Sehr flachgründige und nur lokal spürbare Erdbeben können durch Frost ausgelöst werden, wenn größere Mengen Wasser im Boden oder im Gesteinsuntergrund gefrieren und sich dabei ausdehnen. Dadurch entstehen Spannungen, die sich in kleineren Erschütterungen entladen, die dann an der Oberfläche als „Erdbeben“ und grollendes Geräusch wahrgenommen werden. Das Phänomen tritt meist zu Beginn einer strengen Frostperiode auf, wenn die Temperaturen rapide von Werten über dem Gefrierpunkt auf Werte weit unter den Gefrierpunkt gefallen sind. Erdbeben aufgrund menschlicher Aktivitäten Neben natürlich ausgelösten Erdbeben gibt es auch anthropogene, also menschengemachte. Diese induzierte Seismizität ist nicht zwangsläufig absichtlich oder wissentlich herbeigeführt, wie z. B. im Fall von aktiver Seismik oder infolge von Atomwaffentests, sondern es sind oft Ereignisse, die als unbeabsichtigte „Nebenwirkungen“ menschlicher Aktivitäten auftreten. Zu diesen Aktivitäten gehören unter anderem die Förderung fossiler Kohlenwasserstoffe (Erdöl und Erdgas), die durch Veränderung des Porendrucks die Spannungsverhältnisse im Gestein der Lagerstätte verändert, oder auch die (versuchte) Nutzung von Erdwärme (→ Geothermie). Anthropogene Erdbeben finden auch beim Einsturz von bergbaulich verursachten unterirdischen Hohlräumen (Gebirgsschlag) statt. Die Magnitude dieser Erdbeben liegt in den allermeisten Fällen im Bereich von Mikrobeben oder Ultramikrobeben. Nur selten erreicht sie den Wert spürbarer Beben. Einige der stärksten anthropogenen Erdbeben ereigneten sich infolge des Aufstauens großer Wassermengen in Stauseen durch die Auflasterhöhung im Untergrund in der Nähe großer Verwerfungen. Das Wenchuan-Erdbeben in China im Jahr 2008 (Magnitude 7,9), das rund 90.000 Todesopfer forderte, gilt als Kandidat für das bislang stärkste durch Stauseen ausgelöste Erdbeben weltweit. Erdbebenwellen Erdbeben erzeugen Erdbebenwellen verschiedenen Typs, die sich über und durch die ganze Erde ausbreiten und von Seismographen (bzw. Seismometern) überall auf der Erde in Seismogrammen aufgezeichnet werden können. Die mit starken Erdbeben einhergehenden Zerstörungen an der Erdoberfläche (Spaltbildung, Schäden an Gebäuden und Verkehrsinfrastruktur usw.) sind auf die „Oberflächenwellen“ zurückzuführen, die sich an der Erdoberfläche ausbreiten und eine elliptische Bodenbewegung auslösen. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit eines Bebens beträgt im Normalfall ca. 3,5 km/s (nicht zu verwechseln mit der oben angegebene Wellengeschwindigkeit bei Seebeben). In sehr seltenen Fällen kommt es aber zur überschallschnellen Ausbreitung des Bebens, wobei bereits Fortpflanzungsgeschwindigkeiten von ca. 8 km/s gemessen wurden. Bei einem überschallschnellen Beben breitet sich der Riss schneller aus als die seismische Welle, was normalerweise umgekehrt abläuft. Bisher konnten erst 6 überschallschnelle Beben aufgezeichnet werden. Erdbebenherd Durch Aufzeichnung und Auswertung der Stärke und Laufzeiten von Erdbebenwellen in weltweit verteilten Observatorien kann man die Position des Erdbebenherds bestimmen, das „Hypozentrum“. Dabei fallen auch Daten über das Erdinnere an. Die Positionsbestimmung unterliegt als Messung an Wellen der gleichen Unschärfe, die bei Wellen in anderen Bereichen der Physik bekannt sind. Im Allgemeinen nimmt die Unschärfe der Ortsbestimmung mit zunehmender Wellenlänge zu. Eine Quelle von langperiodischen Wellen kann also nicht so genau lokalisiert werden wie die von kurzperiodischen Wellen. Da schwere Erdbeben den größten Teil ihrer Energie im langperiodischen Bereich entwickeln, kann besonders die Tiefe der Quelle nicht genau bestimmt werden. Die Quelle der seismischen Wellen kann sich im Laufe eines Bebens bewegen, so etwa bei schweren Beben, die eine Bruchlänge von mehreren hundert Kilometern aufweisen können. Nach internationaler Übereinkunft wird dabei die zuerst gemessene Position als Hypozentrum des Erdbebens bezeichnet, also der Ort, wo das Beben begonnen hat. Der Ort auf der Erdoberfläche direkt über dem Hypozentrum heißt Epizentrum. Der Zeitpunkt des Bruchbeginns wird als „Herdzeit“ bezeichnet. Die Bruchfläche, die das Erdbeben auslöst, wird in ihrer Gesamtheit als „Herdfläche“ bezeichnet. In den meisten Fällen erreicht diese Bruchfläche die Erdoberfläche nicht, sodass der Erdbebenherd in der Regel nicht sichtbar wird. Im Fall eines größeren Erdbebens, dessen Hypozentrum in nur geringer Tiefe liegt, kann die Herdfläche bis an die Erdoberfläche reichen und dort zu einem deutlichen Versatz führen. Der genaue Ablauf des Bruchprozesses legt die „Abstrahlcharakteristik“ des Bebens fest, bestimmt also, wie viel Energie in Form von seismischen Wellen in jede Richtung des Raumes abgestrahlt wird. Dieser Bruchmechanismus wird als Herdvorgang bezeichnet. Der Ablauf des Herdvorganges kann aus der Analyse von Ersteinsätzen an Messstationen rekonstruiert werden. Das Ergebnis einer solchen Berechnung ist die Herdflächenlösung. Erdbebentypen Es gibt drei grundlegende Typen von Erdbebenereignissen, welche die drei Arten der Plattengrenzen widerspiegeln: In Spreizungszonen, wo die tektonischen Platten auseinanderdriften, wirkt eine Zugspannung auf das Gestein (Extension). Die Blöcke zu beiden Seiten der Herdfläche werden also auseinandergezogen und es kommt zu einer Abschiebung (engl.: normal fault), bei welcher der Block oberhalb der Bruchfläche nach unten versetzt wird. In Kollisionszonen, wo sich Platten aufeinander zubewegen, wirkt dagegen eine Kompressionsspannung. Das Gestein wird zusammengestaucht und es kommt, abhängig vom Neigungswinkel der Bruchfläche, zu einer Auf- oder Überschiebung (engl. reverse fault bzw. thrust fault), bei welcher der Block oberhalb der Bruchfläche nach oben versetzt wird. In Subduktionszonen kann sich die abtauchende Platte mitunter großflächig verhaken, was in der Folge zu einem massiven Spannungsaufbau und letztlich zu besonders schweren Erdbeben führen kann. Diese werden gelegentlich auch als Megathrust-Erdbeben bezeichnet. Der dritte Herdtyp wird als „Blattverschiebung“ (engl. strike-slip fault) bezeichnet, der an „Transformverwerfungen“ vorkommt, wo sich die beteiligten Platten seitlich aneinander vorbeischieben. In der Realität wirken die Kräfte und Spannungen jedoch zumeist schräg auf die Gesteinsblöcke, da sich die Lithosphärenplatten verkanten und dabei auch drehen können. Die Platten bewegen sich daher im Normalfall nicht gerade aufeinander zu oder aneinander vorbei, so dass die Herdmechanismen zumeist eine Mischform aus einer Auf- oder Abschiebung und einer seitwärts gerichteten Blattverschiebung darstellen. Man spricht hier von einer „Schrägauf-“' bzw. „Schrägabschiebung“ (engl. oblique fault). Die räumliche Lage der Herdfläche kann durch die drei Winkel Φ, δ und λ beschrieben werden: Φ bezeichnet das Streichen (engl.: strike) der Herdfläche. Dies ist der Winkel zwischen der geographischen Nordrichtung und der Schnittlinie der einfallenden Herdfläche mit der Horizontalen (Streichlinie). Das Streichen kann Werte zwischen 0° und 360° annehmen; eine nach Osten einfallende Herdfläche wäre durch eine Nord-Süd-verlaufende Streichlinie gekennzeichnet und würde damit ein Streichen von Φ = 0° aufweisen. δ bezeichnet das Fallen, also die Neigung (engl.: dip) der Herdfläche. Das ist der Winkel zwischen der Horizontalen und der Herdfläche. Er kann Werte zwischen 0° und 90° annehmen; eine exakt senkrecht verlaufende Bruchfläche hätte eine Neigung von δ = 90°. λ bezeichnet die Richtung des Versatzes (engl.: rake), die in der Ebene des Versatzes bestimmt wird. Dies ist der Winkel zwischen dem Streichen der Herdfläche und dem Richtungsvektor des Versatzes, der Werte zwischen 0° und 360° annehmen kann. Wird z. B. das Hangende, also der oben liegende Block, exakt nach oben verschoben, wäre λ = 90°. Steht die Herdfläche exakt senkrecht, wird – in Streichrichtung blickend – der rechte Block als das „Hangende“ definiert. Für eine linkslaterale Verschiebung wäre λ = 0°, für eine rechtslaterale Verschiebung wäre λ = 180°. Erdbebenstärke Um Erdbeben miteinander vergleichen zu können, ist es notwendig, deren Stärke zu ermitteln. Da eine direkte Messung der freigesetzten Energie eines Erdbebens schon allein auf Grund der Tiefenlage des Herdprozesses nicht möglich ist, wurden in der Seismologie verschiedene Erdbebenskalen entwickelt. Intensität Die ersten Erdbebenskalen, die Ende des 18. bis Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt wurden, konnten nur die Intensität eines Erdbebens beschreiben, also die Auswirkungen auf Menschen, Tiere, Gebäude und natürliche Objekte wie Gewässer oder Berge. Im Jahre 1883 entwickelten die Geologen M. S. De Rossi und F. A. Forel eine zehnstufige Skala zur Bestimmung der Intensität von Erdbeben. Wichtiger wurde jedoch die im Jahre 1902 eingeführte zwölfteilige Mercalliskala. Sie beruht allein auf der subjektiven Einschätzung der hör- und fühlbaren Beobachtungen sowie der Schadensauswirkung auf Landschaft, Straßen oder Gebäude (Makroseismik). 1964 wurde sie zur MSK-Skala und später zur EMS-Skala weiterentwickelt. Intensitätsskalen werden auch heute noch verwendet, wobei verschiedene Skalen existieren, die an die Bauweise und Bodenverhältnisse des jeweiligen Landes angepasst sind. Die räumliche Verteilung der Intensitäten wird häufig durch Fragebogenaktionen zuständiger Forschungseinrichtungen (in Deutschland beispielsweise bundesweit durch die BGR per Online-Formular) ermittelt und in Form von Isoseistenkarten dargestellt. Isoseisten sind Isarithmen gleicher Intensitäten. Die Möglichkeit zur Erfassung von Intensitäten beschränkt sich auf relativ dicht besiedeltes Gebiet. Magnitude Durch die Entwicklung und stetige Verbesserung von Seismometern ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts eröffnete sich die Möglichkeit, objektive, auf physikalischen Größen basierende Messungen vorzunehmen, was zur Entwicklung der Magnitudenskalen führte. Diese ermöglichen über empirisch gefundene Beziehungen und physikalische Gesetzmäßigkeiten, von den an seismologischen Messstationen aufgezeichneten ortsabhängigen Amplitudenwerten auf die Stärke eines Bebens zurückzuschließen. Es gibt verschiedene Methoden, die Magnitude zu berechnen. Die unter Wissenschaftlern gebräuchlichste Magnitudenskala ist heute die Momenten-Magnituden-Skala (Mw). Diese ist logarithmisch und endet bei der Mw 10,6. Man nimmt an, dass bei diesem Wert die feste Erdkruste komplett zerbricht. Die Erhöhung um eine Magnitude entspricht einer 32-fach höheren Energiefreisetzung. Von den Medien wird die in den 1930er Jahren von Charles Francis Richter und Beno Gutenberg eingeführte Richterskala am häufigsten zitiert, die auch als Lokalbebenmagnitude bezeichnet wird. Zur exakten Messung der Erdbebenstärke benutzt man Seismographen, die in 100 km Entfernung zum Epizentrum des Erdbebens liegen sollten. Mit der Richter-Skala werden die seismischen Wellen in logarithmischer Einteilung gemessen. Sie diente ursprünglich der Quantifizierung von Erdbeben im Raum Kalifornien. Liegt eine Erdbebenmessstation zu weit vom Erdbebenherd entfernt (> 1000 km) und ist die Stärke des Erdbebens zu groß (ab etwa Magnitude 6), kann diese Magnitudenskala jedoch nicht oder nur eingeschränkt verwendet werden. Sie ist aufgrund der einfachen Berechnung und der Vergleichbarkeit mit älteren Erdbebeneinstufungen vielfach auch in der Seismologie noch in Gebrauch. Elastogravitationssignale Nach einer Publikation aus dem Jahr 2017 lassen sich bei starken Erdbeben in den Seismometeraufzeichnungen geringfügige Schwankungen des Gravitationsfelds der Erde nachweisen, die durch die Massenverschiebung ausgelöst werden. Diese Signale breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Erdkörper aus, das heißt deutlich schneller als die primären Erdbebenwellen (P-Wellen), die für gewöhnlich als erstes von den Seismometern registriert werden und eine Geschwindigkeit von höchstens 10 km/s erreichen können. Außerdem sollen sie eine genauere Bestimmung der Magnitude eines Bebens ermöglichen, insbesondere an Messstationen, die relativ nahe am Erdbebenherd liegen. Beides bedeutete eine deutliche Verbesserung bei der Erdbebenfrühwarnung. Vorhersage Die zeitlich und räumlich exakte Vorhersage von Erdbeben ist nach dem heutigen Stand der Wissenschaft nicht möglich. Die verschiedenen bestimmenden Faktoren sind qualitativ weitestgehend verstanden. Auf Grund des komplexen Zusammenspiels aber ist eine genaue Quantifizierung der Herdprozesse bislang nicht möglich, sondern nur die Angabe einer Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Erdbebens in einer bestimmten Region. Allerdings kennt man Vorläuferphänomene (engl. precursors). Einige davon äußern sich in der Veränderung geophysikalisch messbarer Größen, wie z. B. der seismischen Geschwindigkeit, der Neigung des Erdbodens oder der elektromagnetischen Eigenschaften des Gesteins. Andere Phänomene basieren auf statistischen Beobachtungen, wie etwa das Konzept der seismischen Ruhe, die bisweilen auf ein bevorstehendes größeres Ereignis hindeutet. Wiederholt wurde auch von ungewöhnlichem Verhalten bei Tieren kurz vor größeren Erdbeben berichtet. Dadurch gelang im Fall des Haicheng-Erdbebens vom Februar 1975 die rechtzeitige Warnung der Bevölkerung. In anderen Fällen wurde jedoch kein auffälliges Verhalten bei Tieren im Vorfeld eines Erdbebens beobachtet. Eine Meta-Analyse, in der 180 Publikationen berücksichtigt wurden, in denen mehr als 700 Beobachtungen auffälligen Verhaltens bei mehr als 130 verschiedenen Arten im Zusammenhang mit 160 verschiedenen Erdbeben dokumentiert sind, ergab im Abgleich mit Daten des globalen Erdbebenkatalogs des International Seismological Centre (ISC-GEM), dass das räumlich-zeitliche Muster der Verhaltensanomalien auffallend mit dem Auftreten von Vorbeben übereinstimmt. Demnach wäre zumindest ein Teil der Verhaltensanomalien schlicht durch die Vorbeben erklärbar, die von den oft mit sensibleren Sinnesorganen ausgestatteten Tieren über größere Entfernungen zum Epizentrum wahrgenommen werden können. Zwar beschäftigten sich viele Studien mit ungewöhnlichem Verhalten, aber es war unklar, was überhaupt ungewöhnliches Verhalten ist und welche Verhaltensanomalien als Vorläuferphänomen gelten. Beobachtungen sind meist anekdotisch, und es fehlen systematische Auswertungen und längere Messreihen. Es gibt deshalb bisher keine Hinweise darauf, dass Tiere verlässlich vor Erdbeben warnen können. Alle bekannten Vorläuferphänomene variieren jeweils sehr stark in Zeitverlauf und Größenordnung. Zudem wäre der instrumentelle Aufwand, der für eine lückenlose Erfassung dieser Phänomene erforderlich wäre, aus heutiger Sicht finanziell und logistisch nicht realisierbar. „Unkonventionelle“ Erdbeben Neben den „konventionellen“, spürbaren und bisweilen sehr zerstörerischen Erdbeben gibt es auch sogenannte „unkonventionelle“ oder „langsame“ Beben, deren Quellen nicht unterhalb, sondern an der Erdoberfläche liegen und sehr langperiodische (Periodendauer ca. 20 bis 150 s) Oberflächenwellen aussenden. Diese Wellen müssen mittels spezieller Algorithmen aus global oder kontinentweit aufgezeichneten seismischen Daten herausgefiltert werden und können anhand ihrer Charakteristik und mitunter weiteren Kriterien bestimmten Quellen zugeordnet werden. Zu solchen unkonventionellen Erdbeben gehören die Gletscherbeben, die durch Kalbungsvorgänge an großen polaren Gletschern ausgelöst werden, sowie die Sturmbeben, die bei starken Stürmen (Hurrikane u. ä.) unter bestimmten Umständen durch die Interaktion sturminduzierter langperiodischer Meereswellen mit größeren Untiefen im Bereich der Schelfkante erzeugt werden. Historische Erdbeben Die wichtigsten bekannten Erdbebengebiete sind in der Liste der Erdbebengebiete der Erde aufgeführt. Eine umfassende Aufstellung historisch überlieferter Erdbebenereignisse befindet sich in der Liste von Erdbeben. Stärkste gemessene Erdbeben Die folgende Liste wurde nach Angaben des USGS zusammengestellt. Die Werte beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf die Momenten-Magnitude MW, wobei zu berücksichtigen ist, dass unterschiedliche Magnitudenskalen nicht direkt miteinander vergleichbar sind. Es werden die Werte angegeben, die das International Seismological Centre veröffentlicht. Schäden Das Ausmaß der durch ein Erdbeben hervorgerufenen Schäden hängt zunächst von der Stärke und Dauer des Bebens ab sowie von der Besiedlungsdichte und der Anzahl und Größe der Bauwerke in dem betroffenen Bereich. Wesentlich ist aber auch die Erdbebensicherheit der Bauwerke. In der europäischen Norm EC 8 (in Deutschland DIN EN 1998-1) sind die Grundlagen für die Auslegung von Erdbebeneinwirkungen für die verschiedenen Bauarten Holz, Stahl, Stahlbeton, Verbundbauweise, Mauerwerk Bemessungskriterien definiert. Siehe auch Erdbebenlicht Liste von Erdbeben in Deutschland Liste von Erdbeben in Österreich Liste von Erdbeben in der Schweiz Liste von Erdbeben des 21. Jahrhunderts Literatur Bruce A. Bolt: Erdbeben – Schlüssel zur Geodynamik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1995, ISBN 3-86025-353-0. — Eine gute Einführung auch für Laien. Emanuela Guidoboni, John E. Ebel: Earthquakes and tsunamis in the past: a guide to techniques in historical seismology. Cambridge University Press, 2009, ISBN 978-0-521-83795-8. — Wissenschaftliches Lehrbuch der historischen Seismologie in englischer Sprache. Silvia Einsporn, Franziska Hohm, Sylvia Jakuscheit (Redaktion): Haak TaschenAtlas Vulkane und Erdbeben, Bearbeitet von Harro Hess, Justus Perthes Verlag, Gotha 2003, ISBN 3-623-00020-5. Thorne Lay, Terry C. Wallace: Modern Global Seismology. International Geophysics. Band 58, Academic Press, San Diego/London 1995, ISBN 0-12-732870-X. — Umfangreiches wissenschaftliches Standardwerk in englischer Sprache. Christian Rohr: Extreme Naturereignisse im Ostalpenraum: Naturerfahrung im Spätmittelalter und am Beginn der Neuzeit. Umwelthistorische Forschungen, Band 4, Böhlau, Köln u. a. 2007, ISBN 978-3-412-20042-8. — Differenzierte Studie zur Naturwahrnehmung. Götz Schneider: Erdbeben – Eine Einführung für Geowissenschaftler und Bauingenieure. Spektrum Akademischer Verlag, München 2004, ISBN 3-8274-1525-X. — Eine etwas kompliziertere Einführung mit einigen mathematischen Darstellungen. Peter M. Shearer: Introduction to Seismology. 2. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge (UK) u. a. 2009, ISBN 978-0-521-88210-1. — Wissenschaftliches Lehrbuch in englischer Sprache. Gerhard Waldherr: Erdbeben: das außergewöhnliche Normale; zur Rezeption seismischer Aktivitäten in literarischen Quellen vom 4. Jahrhundert v. Chr. bis zum 4. Jahrhundert n. Chr. Geographica historica. Band 9, Stuttgart 1997, ISBN 3-515-07070-2. — Grundlegend für die Rezeptionsgeschichte von Erdbeben. Gerhard H. Waldherr, Anselm Smolka (Hrsg.): Antike Erdbeben im alpinen und zirkumalpinen Raum: Befunde und Probleme in archäologischer, historischer und seismologischer Sicht. Beiträge des Interdisziplinären Workshops Schloss Hohenkammer, 14./15. Mai 2004 (Earthquakes in Antiquity in the alpine and circum-alpine region: findings and problems from an archaeological, historical and seismological viewpoint). (= Geographica historica. Band 24). Steiner, Stuttgart 2007, ISBN 978-3-515-09030-8. — Gesammelte Beiträge einer internationalen Tagung zur historischen Seismologie. Weblinks Universität zu Köln, Erdbebenstation Bensberg: Kleine Erdbebenkunde LMU, Ludwig-Maximilians-Universität München: Erdbebenkunde Erdbebenseite von naturgewalten.de Erdbebenseite von seismoblog.de European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC) (englisch) Weltweite Karte aktueller Erdbeben (www.demis.nl). Quelle für die Darstellung der Erdbeben sind Daten des USGS. (Hat Probleme im Vollbildmodus. Fenster daher bitte zuvor verkleinern). Erdbebendatenbank 2150 v. Chr. bis heute des National Geophysical Data Center (NGDC), NOAA (englisch) California State University: Earthquake (interaktive Animationen) (englisch) IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology, incl. Freeware Courses) (englisch) BBC News 20. September 2012, Ed Young: visualcapitalist.com vom 29. Mai 2020, Nicholas LePan: Visualizing the Power and Frequency of Earthquakes („Grafik zur Stärke und Häufigkeit von Erdbeben“) Erdbebenmeldungen BGR Hannover: aktuelle Erdbeben in Deutschland und weltweit Liste automatisch lokalisierter Erdbeben des GFZ Potsdam (schnell, auch als RSS-Feed) Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Wien Schweizerischer Erdbebendienst (SED): Aktuelle Erdbeben Schweiz, Europa & Welt National Information Service for Earthquake Engineering USA IRIS-Landkarte mit Seismic-Monitor und Erdbebenangaben unterhalb der Karte, wenn man die Kreise auf der Karte antippt United States Geological Survey (USGS) earthquake information Interaktive Weltkarte, auf der kürzlich registrierte Erdbeben vermerkt sind (tägl./wöch./monatl.) – Quake Catcher Network, BOINC Aktuelle Nachrichten relevanter Erdbeben im Newsblog der Seite Naturkatastrophen und Naturphänomene Einzelnachweise Naturkatastrophe Wikipedia:Artikel mit Video


text: Esther Mona Friesner-Stutzman, geb. Friesner (* 16. Juli 1951 in den USA) ist eine US-amerikanische Schriftstellerin. Leben Friesner studierte Drama und Spanisch am Vassar College und promovierte dann in Spanisch an der Yale University. Dort unterrichtete sie auch einige Jahre Spanisch und schrieb in ihrer Freizeit Kurzgeschichten und Romane. Schließlich begann sie hauptberuflich zu schreiben. 1982 erschien ihre erste Kurzgeschichte The Stuff of Heroes. Bis jetzt hat sie 37 Romane veröffentlicht und mehrere Anthologien herausgegeben. Am bekanntesten ist wohl die Anthologie 'Chicks in Chainmail'. Friesner lebt zusammen mit ihrem Mann und ihren zwei Kindern in Connecticut. Bibliografie (ins Deutsche übersetzte Werke) Die Katze läßt das Zaubern nicht., Bastei Lübbe 1995, Übersetzer Ralph Tegtmeier, ISBN 3-404-20265-1 Scandal im Wingdingo-Land., Bastei Lübbe 1996, Übersetzer Dietmar Schmidt, ISBN 3-404-20274-0 Die Käseburg-Connection., Bastei Lübbe 1996, Übersetzer Marcel Bieger, ISBN 3-404-20286-4 Wünschelzeit., Bastei Lübbe 1996, Übersetzerin Barbara Röhl, ISBN 3-404-20295-3 Druidenblut., Bastei Lübbe 2000, Übersetzer Dietmar Schmidt, ISBN 3-404-20390-9 Gestern noch sahen wir Meerjungfrauen., Bastei Lübbe 2002, Übersetzerin Angela Koonen, ISBN 3-404-20435-2 Men in Black II., Goldmann 2002, Übersetzerin Frauke Meier, ISBN 3-442-45426-3 (Roman zum Film) Sturm auf den Himmel., Heyne 2006, Übersetzerin Henriatta Blaschke, ISBN 3453521498 (Star Trek – The Next Generation, Bd. 61) Auszeichnungen 1994 Skylark Award 1995 Nebula für die Kurzgeschichte Death and the Librarian 1996 Nebula für die Kurzgeschichte A Birthday Weblinks Esther M. Friesner in der Science Fiction Awards+ Database (englisch) Esther Friesners Homepage (englisch) Autor Literatur (20. Jahrhundert) Literatur (21. Jahrhundert) Literatur (Englisch) Literatur (Vereinigte Staaten) Fantasyliteratur Steampunk-Literatur Science-Fiction-Literatur Star Trek Roman, Epik Kurzgeschichte Erzählung Essay Lyrik Träger des Nebula Award Absolvent der Yale University US-Amerikaner Geboren 1951 Frau


text: Europa (auch Jupiter II) ist der zweitinnerste und mit einem Durchmesser von 3121 km der kleinste der vier großen Monde des Riesenplaneten Jupiter und der sechstgrößte Mond im Sonnensystem. Europa ist ein Eismond. Obwohl die Temperatur auf der Oberfläche von Europa maximal −130 °C erreicht, lassen Messungen des äußeren Gravitationsfeldes und der Nachweis eines induzierten Magnetfeldes in der Umgebung Europas mit Hilfe der Galileo-Sonde darauf schließen, dass sich unter der mehrere Kilometer mächtigen Wassereishülle ein etwa 100 km tiefer Ozean aus flüssigem Wasser befindet. Entdeckung und Benennung Europa wurde im Jahre 1610 von dem italienischen Gelehrten Galileo Galilei mit Hilfe eines relativ einfachen Fernrohrs entdeckt. Weil er alle vier großen Monde (Io, Europa, Ganymed und Kallisto) entdeckt hat, werden diese daher auch als die Galileischen Monde bezeichnet. Benannt wurde der Mond nach Europa, einer Geliebten des Zeus aus der griechischen Mythologie. Obwohl der Name Europa bereits kurz nach seiner Entdeckung von Simon Marius vorgeschlagen wurde, konnte er sich über lange Zeit nicht durchsetzen. Erst in der Mitte des 20. Jahrhunderts kam er wieder in Gebrauch. Vorher wurden die Galileischen Monde üblicherweise mit römischen Ziffern bezeichnet und Europa war Jupiter II. Umlaufbahn und Rotation Europa umkreist Jupiter rechtläufig in einem mittleren Abstand von 671.100 Kilometern in 3 Tagen, 13 Stunden und 14 Minuten. Ihre Umlaufbahn ist mit einer numerischen Exzentrizität von 0,009 fast kreisförmig. Ihr jupiternächster und -fernster Bahnpunkt – Perijovum und Apojovum – weichen jeweils nur um 0,9 % von der großen Halbachse ab. Die Bahnebene ist nur 0,470° gegenüber Jupiters Äquatorebene geneigt. Die Umlaufzeit von Europa steht zu ihrem inneren und äußeren Nachbarmond in einer Bahnresonanz von 2:1 bzw. 1:2; das heißt, während zwei Umläufen von Europa läuft Io genau viermal und Ganymed genau einmal um Jupiter. Europa weist, wie die übrigen inneren Jupitermonde, eine gebundene Rotation auf, d. h. sie wendet dem Planeten stets dieselbe Seite zu. Aufbau und physikalische Daten Europa besitzt einen mittleren Durchmesser von 3121,6 Kilometern (etwas kleiner als der Erdmond) und eine mittlere Dichte von 3,01 g/cm3. Obwohl sie deutlich der kleinste der vier Galileischen Monde ist, ist ihre Masse größer als die aller kleineren Monde des Sonnensystems zusammengenommen. Die Temperatur auf Europas Oberfläche beträgt maximal 140 K (etwa −130 °C) am Äquator und 50 K (etwa −220 °C) an den Polen. Oberfläche Die Oberfläche von Europa umfasst 30,6 Millionen Quadratkilometer, was ungefähr der Größe von Afrika entspricht. Mit einer Albedo von 0,68 ist sie eine der hellsten Oberflächen aller bekannten Monde im Sonnensystem: 68 % des eingestrahlten Sonnenlichts werden reflektiert. Die Oberfläche setzt sich aus Eis zusammen. Die rötlichen Färbungen sind Folge von abgelagerten Mineralien. Die Oberfläche ist außergewöhnlich eben. Sie ist von Furchen überzogen, die allerdings eine geringe Tiefe aufweisen. Nur wenige Strukturen, die sich mehr als einige hundert Meter über die Umgebung erheben, wurden festgestellt. Krater Europas Oberfläche weist nur sehr wenige Einschlagkrater auf, die zudem nur von geringerer Größe sind. Von den 41 benannten Kratern ist Taliesin mit einem Durchmesser von 50 Kilometern der größte. Der zweitgrößte Krater, Pwyll, hat einen Durchmesser von 45 Kilometern. Pwyll ist eine der geologisch jüngsten Strukturen auf Europa. Bei dem Einschlag wurde helles Material aus dem Untergrund über hunderte von Kilometern hinweg ausgeworfen. Die geringe Kraterdichte ist ein Hinweis darauf, dass Europas Oberfläche geologisch sehr jung ist bzw. sich regelmäßig erneuert, sodass nur Einschläge von Kometen und Asteroiden der jüngeren geologischen Vergangenheit darauf dokumentiert sind. Berechnungen des Oberflächenalters anhand der Kraterdichte ergaben ein Höchstalter von ca. 90 Millionen Jahren. Damit besitzt Europa mit die jüngste Oberfläche unter den soliden Himmelskörpern im Sonnensystem. Ferner konnten anhand von Nahinfrarotaufnahmen der Galileo-Sonde Schichtsilikate auf Europa nachgewiesen werden. Es wird vermutet, dass sie von einem Objekt stammen, das in einem flachen Winkel eingeschlagen ist, wodurch die Einschlagsenergie des Impaktors relativ gering war, sodass dieser weder vollständig verdampfen noch sich tief in die Kruste bohren konnte. Von besonderer Bedeutung ist diese Entdeckung deshalb, weil solche Objekte oft auch organische Verbindungen, sogenannte Bausteine des Lebens, mit sich führen. Furchen und Gräben Europas auffälligstes Merkmal ist ein Netzwerk von kreuz und quer verlaufenden Gräben und Furchen, Lineae genannt (Einzahl: Linea), die die gesamte Oberfläche überziehen. Die Lineae haben eine starke Ähnlichkeit mit Rissen und Verwerfungen auf irdischen Eisfeldern. Die größeren sind etwa 20 Kilometer breit und besitzen undeutliche äußere Ränder sowie einen inneren Bereich aus hellem Material. Die Lineae könnten durch Kryovulkanismus (Eisvulkanismus) oder den Ausbruch von Geysiren aus warmem Wasser entstanden sein, wodurch die Eiskruste auseinander gedrückt wurde. Wenn Europa auf ihrer Umlaufbahn die größte Jupiterentfernung durchlief, konnten wiederholt Wasserstoff- und Sauerstoffatome über dem Südpol nachgewiesen werden. Es wird vermutet, dass sie aus der Spaltung von Wassermolekülen stammten, die freigesetzt werden, wenn sich Spalten öffnen und Wasser in den Weltraum schießt, das nach dem Aufstieg bis in eine Höhe von 200 Kilometern auf die Oberfläche zurückfällt. Weitere Strukturen Ein weiterer Typ von Oberflächenstrukturen sind kreis- und ellipsenförmige Gebilde, Lenticulae (lat. Linsen) genannt. Viele sind Erhebungen (engl. Domes), andere Vertiefungen oder ebene dunkle Flecken. Die Lenticulae entstanden offensichtlich durch aufsteigendes wärmeres Eis, vergleichbar mit Magmakammern in der Erdkruste. Die Domes wurden dabei empor gedrückt, die ebenen dunklen Flecken könnten gefrorenes Schmelzwasser sein. Chaotische Zonen, wie Conamara Chaos, sind wie ein Puzzle aus Bruchstücken geformt, die von glattem Eis umgeben sind. Sie haben das Aussehen von Eisbergen in einem gefrorenen See. Innerer Aufbau Eiskruste und Ozean Die äußere Hülle Europas besteht aus Wasser. Basierend auf Messungen des Gravitationsfeldes wurde ihre Mächtigkeit zwischen 80 und 170 Kilometern berechnet. Diese äußere Hülle, die man in Analogie zum Aufbau des Erdkörpers als Kruste auffassen kann, ist differenziert in eine äußere Schicht aus Wassereis und eine innere Schicht aus flüssigem Wasser. Die innere flüssige Wasserschicht wird allgemein auch als Ozean bezeichnet. Das genaue Verhältnis von Eis zu Wasser in der äußeren Hülle ist zurzeit noch unbekannt. Jedoch gibt es verschiedene Hypothesen, die auf verschiedenen Ansätzen beruhen. So kommen Berechnungen, denen die Auswertungen von Oberflächenstrukturen zugrunde liegen, auf eine Mächtigkeit der Eishülle von 2 bis 18 Kilometern. Die magnetometrischen Messungen der Galileo-Sonde legen nahe, dass der Ozean zumindest einige Kilometer mächtig sein muss, um die Messwerte erklären zu können. Andere Autoren schließen aufgrund gleicher Daten auf eine Höchsttiefe des Ozeans von 100 Kilometern bzw. eine Höchstmächtigkeit der Eishülle von 15 Kilometern. Obwohl Europa deutlich kleiner als die Erde ist, wäre die dort vorkommende Menge an flüssigem Wasser damit mehr als doppelt so groß wie die der irdischen Ozeane. Ab etwa drei Kilometern unter der Oberfläche könnte es außerdem im Eis eingeschlossene Wasserblasen geben. Die relativ glatte Oberfläche Europas und die darauf erkennbaren Strukturen erinnern sehr stark an Eisfelder in Polarregionen auf der Erde. Bei den sehr niedrigen Oberflächentemperaturen ist Wassereis hart wie Gestein. Die größten sichtbaren Krater wurden offensichtlich mit frischem Eis ausgefüllt und eingeebnet. Detaillierte Aufnahmen zeigen, dass sich Teile der Eiskruste gegeneinander verschoben haben und zerbrochen sind, wobei ein Muster von Eisfeldern entstand. Die Eisfelder müssten aufgrund der gebundenen Rotation ein bestimmtes, vorhersagbares Muster aufweisen. Weitere Aufnahmen zeigen stattdessen, dass nur die geologisch jüngsten Gebiete ein solches Muster aufweisen. Andere Gebiete weichen mit zunehmendem Alter von diesem Muster ab. Das kann damit erklärt werden, dass sich Europas Oberfläche geringfügig schneller bewegt als ihr innerer Mantel und der Kern. Die Eiskruste ist vom Mondinnern durch den dazwischen liegenden Ozean mechanisch entkoppelt und wird von Jupiters Gravitationskräften beeinflusst. Vergleiche von Aufnahmen der Raumsonden Galileo und Voyager 2 zeigen, dass sich Europas Eiskruste in etwa 12.000 Jahren einmal komplett um den Mond bewegen müsste. Hinweise auf Plattentektonik Die von der Voyager- und Galileosonde aufgenommenen Bilder lassen auch darauf schließen, dass die Oberfläche von Europa Subduktion unterliegt. Ähnlich wie bei der Plattentektonik auf der Erde schieben sich mächtige Eisplatten langsam übereinander, wobei die in die Tiefe gedrängten Platten aufschmelzen; an anderen Stellen entsteht dafür neues Oberflächenmaterial. Dem vorgeschlagenen zugrunde liegenden Modell zufolge besteht Europas Eismantel aus zwei Schichten. Die äußere Schicht aus festem Eis „schwimmt“ auf einer Schicht aus weicherem, konvektionierenden Eis. Dies ist der erste entdeckte Fall von Plattentektonik auf einem Himmelskörper außer der Erde. Mantel und Kern Europa gilt zwar als Paradebeispiel für einen Eismond, aber der Anteil des Eises am Gesamtvolumen dieses Jupitermondes ist relativ gering und sein Aufbau entspricht eher dem der terrestrischen (erdähnlichen) Planeten: Im Zentrum befindet sich ein wahrscheinlich flüssiger Eisen- oder Eisen-Eisensulfid-Kern. Dieser ist von einem Mantel aus Silikatgesteinen umgeben, der den überwiegenden Teil des Volumens des Satelliten ausmacht. Atmosphäre Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops ergaben Hinweise auf das Vorhandensein einer extrem dünnen Atmosphäre aus Sauerstoff, mit einem Druck von etwa 10−11 bar. Es wird angenommen, dass der Sauerstoff durch die Einwirkung der Sonnenstrahlung auf die Eiskruste entsteht, wobei das Wassereis in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Der flüchtige Wasserstoff entweicht in den Weltraum, der massereichere Sauerstoff wird durch Europas Gravitation festgehalten. Magnetfeld Bei Vorbeiflügen der Galileosonde wurde ein schwaches Magnetfeld gemessen. Das Magnetfeld variiert, während sich Europa durch die äußerst ausgeprägte Magnetosphäre des Jupiter bewegt. Die Daten von Galileo weisen darauf hin, dass sich unter Europas Oberfläche eine elektrisch leitende Flüssigkeit befindet, etwa ein Ozean aus Salzwasser. Darüber hinaus zeigen spektroskopische Untersuchungen, dass die rötlichen Linien und Strukturen an der Oberfläche reich an Salzen wie Magnesiumoxid sind. Die Salzablagerungen könnten zurückgeblieben sein, als ausgetretenes Salzwasser verdampft war. Da die festgestellten Salze in der Regel farblos sind, dürften andere Elemente wie Eisen oder Schwefel für die rötliche Färbung verantwortlich sein. Spekulationen über Leben auf Europa Das mögliche Vorhandensein von flüssigem Wasser ließ Spekulationen darüber aufkommen, ob in Europas Ozeanen Formen von Leben existieren können. Auf der Erde wurden Lebensformen entdeckt, die unter extremen Bedingungen auch ohne das Vorhandensein von Sonnenlicht bestehen können, wie zum Beispiel Biotope an hydrothermalen Quellen (Schwarze Raucher) oder in der Tiefsee. Nach einem Bericht des Wissenschaftsmagazins New Scientist kamen NASA-Wissenschaftler, die die gestrichene Nasa-Mission Jupiter Icy Moons Orbiter planten, nach Auswertungen früherer Missionen im Frühjahr 2004 zu dem Schluss, dass der Mond Europa weitaus lebensfeindlicher sein könnte als zuvor angenommen. So wurden auf der Oberfläche Wasserstoffperoxid und von konzentrierter Schwefelsäure bedeckte Flächen nachgewiesen. Hier geht man davon aus, dass die Säure aus dem unter der Eisschicht angenommenen Ozean stammt. Die Konzentration wird mit unterseeischem Vulkanismus erklärt, der für den Schwefel verantwortlich sein kann. Es ist durchaus möglich, dass der Schwefel vom Jupitermond Io stammt. Mittlerweile gibt es auch Indizien dafür, dass der vermutete Ozean unter der Oberfläche Europas eine nennenswerte Salzkonzentration hat. So wurde Epsomit auf der Oberfläche nachgewiesen (eine Magnesiumsulfat-Verbindung). Epsomit könnte durch Reaktion des Schwefels vom Jupitermond Io mit Magnesiumchlorid unter Strahleneinwirkung entstanden sein. Das Magnesiumchlorid stammt mit hoher Wahrscheinlichkeit aus dem Innern Europas. Epsomit ist im Infrarotbereich wesentlich einfacher nachzuweisen als Natrium- oder Kaliumchlorid, das man eher auf Europa vermuten würde. Spektroskopische Untersuchungen zeigten, dass auf der Oberfläche Europas größere Mengen Natriumchlorid zu finden sind. Ob es aus dem Inneren des Mondes stammt, ist nicht bekannt. Um eine Kontaminierung Europas mit irdischen Mikroorganismen zu vermeiden, ließ man die Raumsonde Galileo, die zuletzt Europa beobachtete, in der Jupiteratmosphäre verglühen. Bislang gibt es keine Hinweise für Leben, doch sollen spätere Missionen dies klären. Gedacht wird an eine unbemannte Kryobot-Raumsonde, die auf der Oberfläche landen, sich durch die Eiskruste durchschmelzen und eine Art „Mini-U-Boot“ in Europas Ozean ablassen soll. Bevor diese Mission überhaupt Wirklichkeit werden kann, könnte in den 2020er Jahren eine Europa-Orbiter-Raumsonde gestartet werden, die in eine Umlaufbahn um Europa eintreten und den Mond umfassend studieren soll. Davon erhofft man sich weitere Erkenntnisse über Europa zu sammeln und geeignete Landestellen für spätere Missionen zu finden. Erkundung durch Sondenmissionen Nach dem Vorbeifliegen der Sonden Pioneer 10 und Pioneer 11 in den Jahren 1973 und 1974 gab es von den größten Monden Jupiters zumindest unscharfe Fotografien. Voyager 1 und Voyager 2 lieferten beim Vorbeifliegen 1979 wesentlich genauere Bilder und Daten. 1995 begann die Sonde Galileo, acht Jahre lang den Jupiter zu umrunden. Sie führte dabei auch genaue Untersuchungen und Messungen an den Galileischen Monden durch, auf denen der größte Teil unseres heutigen Wissens über diese Himmelskörper beruht. Geplante Missionen Durch die Raumfahrtagentur ESA erfolgte im April 2023 der Start der JUICE-Sonde, welche die Jupitermonde Ganymed, Kallisto und Europa untersuchen soll, wobei der Schwerpunkt auf der Untersuchung der vermuteten Ozeane unter der Oberfläche liegt. An Europa sollen im Rahmen der Mission etwa im Jahre 2030 mehrere Flybys stattfinden. Die NASA plant die Mission Europa Clipper mit einem Starttermin im Oktober 2024 und Ankunft in einem Jupiterorbit im April 2030. Geplant sind über 40 Vorüberflüge an Europa, durch die detaillierte Bilder der Mondoberfläche gesammelt werden sollen. Auch diese Mission soll neben Europa die Monde Ganymed und Kallisto durch Flybys untersuchen. In der weiteren Zukunft könnte eine Schmelzsonde, die sich durch den Eismantel bohren soll, zum Mond Europa geschickt werden. Mehrere wissenschaftliche Einrichtungen wie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeiten derzeit an entsprechenden Prototypen. Europa in der Populärkultur Die allgemein von Wissenschaftlern angestellten Spekulationen über Leben auf Europa werden hin und wieder in popkulturellen Werken aufgegriffen. So hört man in dem Science-Fiction-Film 2010: Das Jahr, in dem wir Kontakt aufnehmen aus dem Jahr 1984 (nach dem Roman von Arthur C. Clarke) eine Stimme aus dem Off, die eine nicht näher umrissene, hochentwickelte außerirdische Intelligenz repräsentiert, folgenden Satz sagen: Der Science-Fiction-Film Europa Report aus dem Jahr 2013 handelt von einer bemannten Raumfahrtmission zum Jupitermond Europa, bei der die Crew der Landefähre auf große, komplexe und für Menschen offenbar gefährliche Lebewesen trifft. Diese bewohnen den Ozean unterhalb der Eiskruste Europas, die in dem Film stellenweise kaum dicker als die Eisdecke auf einem zugefrorenen See im Winter ist. Der Science-Fiction-Roman Europa – Tragödie eines Mondes von Uwe Roth beginnt dort, wo die anderen Publikationen aufhören: Am Grund des Ozeans. Dieser ist von den Maboriern bewohnt, die sich einen lebenswerten Ort erschaffen haben, der aber nach einer unheimlichen Befallskatastrophe einzufrieren droht. Nur die Intelligenzen, die in dem unbekannten Oben existieren müssen, könnten das Eis zurückdrängen. Eine Expedition macht sich auf, um sie zu suchen. Am Dach ihrer Welt angelangt, müssen die Maborier feststellen, dass ihr Wissen über ihre Welt völlig falsch war. In diesem Roman erhält der amerikanische Astrophysiker und Exobiologe Carl Sagan eine besondere Ehrung. Im Videospiel Barotrauma des deutschen Spieleentwicklers und Publishers Daedalic erforscht man den Ozean des Mondes mit U-Booten. In der Hörspielreihe von Hanno Herzler Dr. Brockers Weltraumabenteuer wird die Oberfläche Europas mit Hilfe einer aus Plasma bestehenden Kuppel besiedelt, was den Kolonisten gar erlaubt, ohne Kälteschutz- und Raumanzüge auf dem Mond zu leben. Im Videospiel Destiny 2 ist Europa eine der erkundbaren Umgebungen. Das Videospiel The Turing Test spielt komplett auf Europa. Literatur A Science Strategy for the Exploration of Europa. The National Academies, Space Studies Board, 1999 (englisch, nap.edu). Robert T. Pappalardo, William B. McKinnon, Krishan Khurana (Hrsg.): Europa. The University of Arizona Press, Tucson AZ 2009, ISBN 978-0-8165-2844-8. Weblinks Einzelnachweise Jupitermond Astronomisches Objekt (entdeckt 1610)


text: Die Erde ist der dichteste, fünftgrößte und der Sonne drittnächste Planet des Sonnensystems. Sie ist Ursprungsort und Heimat aller bekannten Lebewesen. Ihr Durchmesser beträgt mehr als Kilometer und ihr Alter etwa 4,6 Milliarden Jahre. Nach ihrer vorherrschenden geochemischen Beschaffenheit wurde der Begriff der „erdähnlichen Planeten“ geprägt. Das astronomische Symbol der Erde ist ♁ oder . Da die Erdoberfläche zu etwa zwei Dritteln aus Wasser besteht und daher die Erde vom All betrachtet vorwiegend blau erscheint, wird sie 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 Vergöttlichung einer „Mutter Erde“ oder personifiziert als Erdgöttin. Etymologie Das gemeingermanische Substantiv erde in Mittelhochdeutsch, in Althochdeutsch erda beruht mit verwandten Wörtern anderer indogermanischer Sprachen auf er-. Umlaufbahn Die Erde bewegt sich gemäß 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 sonnennächsten Punkt der Umlaufbahn. Die beiden Punkte heißen Aphel und Perihel. Das Mittel aus Aphel- und Perihelabstand ist die Länge der großen Halbachse der Ellipse und beträgt etwa 149,6 Mio. km. Diese Länge definierte ursprünglich die Astronomische Einheit (AE), die als astronomische Längeneinheit hauptsächlich für 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 Exzentrizität 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 länger als das tropische Jahr, auf dem das bürgerliche Jahr der Kalenderrechnung basiert. Die Bahngeschwindigkeit der Erde beträgt 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 Länge ihres Durchmessers in gut sieben Minuten zurück. Die Erdbahn ist zur inneren Nachbarbahn der Venus im Mittel 0,28 AE (41,44 Mio. km) und zur äußeren Nachbarbahn des Mars im Mittel 0,52 AE (78,32 Mio. km) entfernt. Im Mittel ist jedoch Merkur der Erde am nächsten (1,039 AE). 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 Äquatorebene der Sonne geneigt. Der Sonnennordpol ist der Erde am stärksten gegen Anfang September zugewandt, der Sonnensüdpol gegen Anfang März. In der Sonnenäquatorebene 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 nächsten Tag etwas anders zur Sonne steht (siehe Abb. rechts), ist ein siderischer Tag etwas kürzer als ein Sonnentag, der als die Zeitspanne zwischen zwei Sonnenhöchstständen (Mittag) definiert und in 24 Stunden eingeteilt ist. Auf dem Erdäquator hat ein Punkt wegen der Eigenrotation eine Geschwindigkeit von 464 m/s bzw. 1670 km/h. Dies verursacht eine Fliehkraft, welche die Figur der Erde an den Polen geringfügig abplattet und am Äquator zu einem Äquatorwulst verformt. Daher ist gegenüber einer volumengleichen Kugel der Äquatorradius 7 Kilometer größer und der Polradius 14 Kilometer kleiner. Der Äquator-Durchmesser ist etwa 43 km größer als der von Pol zu Pol. Deshalb ist der Chimborazo-Gipfel wegen seiner Äquatornähe der Punkt der Erdoberfläche, 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 Südhalbkugel an verschiedenen Punkten der Erdbahn von der Sonne unterschiedlich beschienen, was zu den das Klima der Erde prägenden Jahreszeiten führt. Die Achsneigungsrichtung fällt für die Nordhalbkugel derzeit in die ekliptikale Länge des Sternbilds Stier. Dort steht, von der Erde aus gesehen, am 21. Juni die Sonne zur Sommersonnenwende. Da die Erde zwei Wochen später ihr Aphel durchläuft, fällt der Sommer auf der Nordhalbkugel in die Zeit ihres sonnenfernen Bahnbereichs. Präzession und Nutation Am Erdäquatorwulst erzeugen die Gezeitenkräfte des Mondes und der Sonne ein Drehmoment, das die Erdachse aufzurichten versucht und sie kreiseln lässt. Dies wird lunisolare Präzession genannt. Dadurch vollführt die Erdachse einen Kegelumlauf in 25 700 bis 25 800 Jahren. Mit diesem Zyklus der Präzession verschieben sich die Jahreszeiten. Zusätzlich verursacht der Mond durch die Präzessionsbewegung 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 Schräglage von 85° taumeln würde. Für Einzelheiten siehe den Abschnitt Mond. Rotationsdauer und Gezeitenkräfte 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 verlängert. Dabei wird die Rotationsenergie der Erde in Wärme umgewandelt und der Drehimpuls wird auf den Mond übertragen, 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 wäre wie heute. Damit unterliegt die Erde demselben Effekt, der schon zur gebundenen Rotation (Korotation) des Mondes führte. Aufbau Die Erde definiert mit ihrem geochemischen Aufbau die Klasse der erdähnlichen Planeten (auch erdartige, terrestrische Planeten, oder Gesteinsplaneten genannt). Die Erde ist unter den vier erdähnlichen Planeten des Sonnensystems der größte. 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 Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) voneinander getrennt. Die Erdkruste und der oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die Lithosphäre. 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 Weltkörpern, Globus. Oberfläche Der Äquatorumfang ist durch die Zentrifugalkraft der Rotation mit 40 075,017 km um 67,154 km (0,17 %) größer als der Polumfang (Meridianumfang) mit 40 007,863 km (bezogen auf das geodätische Referenzellipsoid von 1980). Der Poldurchmesser ist mit 12 713,504 km dementsprechend um 42,816 km bzw. um 0,34 % kleiner als der Äquatordurchmesser mit 12 756,320 km (bezogen auf das Referenzellipsoid; die tatsächlichen Zahlen weichen davon ab). Die Unterschiede im Umfang tragen mit dazu bei, dass es keinen eindeutig höchsten Berg auf der Erde gibt. Nach der Höhe über dem Meeresspiegel ist es der Mount Everest im Himalaya und nach dem Abstand des Gipfels vom Erdmittelpunkt der auf dem Äquatorwulst 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 höchsten. Die Erdoberfläche ist etwa 510 Mio. km2 groß. Sie lässt sich in zwei unterschiedliche Halbkugeln teilen: In eine Landhemisphäre und eine Wasserhemisphäre. Die Landhemisphäre umfasst den größeren Anteil der Landfläche und besteht knapp zur Hälfte mit 47 % aus Land. Die Fläche der Wasserhemisphäre enthält nur 11 % Land und wird durch Ozeane dominiert. 37,4 % der Landoberfläche der Erde liegen zwischen 1000 und 2000 m über Meereshöhe. Dabei handelt es sich um hohe Mittelgebirge, Hochgebirge und Hochebenen. Betrachtet man die Unebenheiten der Erdoberfläche im globalen Maßstab, erscheinen sie eher gering. Der Höhe des Mount Everest entspräche eine Erhebung von nur rund 0,15 mm auf einem Globus von der Größe eines Fußballs. Die Erde ist der einzige Planet im Sonnensystem, auf dessen Oberfläche flüssiges Wasser existiert. 96,5 % des gesamten Wassers der Erde enthalten die Meere. Das Meerwasser enthält im Durchschnitt 3,5 % Salz. Die Wasserfläche hat in der gegenwärtigen geologischen Epoche einen Gesamtanteil von 70,7 % an der Erdoberfläche. Die restlichen 29,3 %, die Landfläche, entfallen hauptsächlich auf sieben Kontinente; in der Reihenfolge ihrer Größe: Asien, Afrika, Nordamerika, Südamerika, Antarktika, Europa und Australien (Europa ist im Rahmen der Plattentektonik als große westliche Halbinsel des Kontinentes Eurasien allerdings wahrscheinlich nie eine selbstständige Einheit gewesen). Die Fläche 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 beträgt 3 800 m. Das ist etwa das Fünffache der bei 800 m liegenden mittleren Höhe der Kontinente (siehe hypsografische Kurve). Plattentektonik Die größten Platten entsprechen in ihrer Anzahl und Ordnung etwa jener der von ihnen getragenen Kontinente, mit Ausnahme der pazifischen Platte. Alle diese Platten bewegen sich gemäß der Plattentektonik relativ zueinander auf den teils aufgeschmolzenen, zähflüssigen Gesteinen des oberen Mantels, der 100 bis 150 km mächtigen Asthenosphäre. Magnetfeld Das die Erde umgebende Magnetfeld wird von einem Geodynamo erzeugt. Das Feld ähnelt nahe der Erdoberfläche einem magnetischen Dipol. Die magnetischen Feldlinien treten auf der Südhalbkugel aus und durch die Nordhalbkugel wieder in die Erde ein. Im Erdmantel wird das Magnetfeld verformt. Das Magnetfeld wird außerhalb der Erdatmosphäre 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° gegenüber der Erdachse geneigt. Atmosphäre Die Erdatmosphäre geht kontinuierlich in den Weltraum über, so dass sie nach oben nicht scharf begrenzt ist. Ihre Masse beträgt etwa 5,13 × 1018 kg und macht somit knapp ein Millionstel der Erdmasse aus. In der Atmosphäre auf Meeresspiegel-Niveau beträgt der mittlere Luftdruck unter Standardbedingungen 1013,25 hPa. Die Atmosphäre besteht am Boden vor allem aus 78 Vol.-% Stickstoff, 21 Vol.-% Sauerstoff und 1 Vol.-% Edelgasen, überwiegend Argon. Dazu kommt 0,4 Vol.-% Wasserdampf in der gesamten Erdatmosphäre. Der für den Treibhauseffekt wichtige Anteil an Kohlendioxid ist durch menschlichen Einfluss gestiegen und liegt momentan bei etwa 0,04 Vol.-%. Die auf der Erde meteorologisch gemessenen Temperaturextreme betragen −89,2 °C (gemessen am 21. Juli 1983 auf 3420 Metern Höhe in der Wostok-Station in der Antarktis) und 56,7 °C (gemessen am 10. Juli 1913 im Death Valley auf ). Die mittlere Temperatur in Bodennähe beträgt 15 °C. Bei dieser Temperatur liegt die Schallgeschwindigkeit in der Luft auf Meeresniveau bei 340 m/s. Die Erdatmosphäre streut den kurzwelligen, blauen Spektralanteil des Sonnenlichts etwa fünfmal stärker als den langwelligen, roten und färbt dadurch bei hohem Sonnenstand den Himmel blau. Ebenfalls blau erscheint die Oberfläche 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 stärkere Absorption roten Lichtes im Wasser selbst zurückzuführen. Dabei ist die Spiegelung des blauen Himmels an der Wasseroberfläche nur nebensächlich. Klima Klima- und Vegetationszonen Die Erde wird anhand unterschiedlich intensiver Sonneneinstrahlung in Klimazonen eingeteilt, die sich vom Nordpol zum Äquator erstrecken – und auf der Südhalbkugel spiegelbildlich verlaufen. Die Klimate prägen die Vegetation, die ähnlich in verschiedene zonale biogeographische Modelle gegliedert werden. Je weiter eine Klimazone vom Äquator und vom nächsten Ozean entfernt ist, desto stärker schwanken die Temperaturen zwischen den Jahreszeiten. Polarzone Die Polargebiete liegen an den Polen. Das Nördliche liegt innerhalb des nördlichen Polarkreises und umfasst die Arktis, in deren Zentrum das Nordpolarmeer liegt. Das Südliche liegt entsprechend innerhalb des südlichen Polarkreises und umfasst die Antarktis, zu welcher der Großteil des Kontinents Antarktika gehört. Die Polargebiete werden geprägt 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 können. Die Vegetation der polaren- und subpolaren Ökozone reicht von den Kältewüsten (die nur kleine, inselartige Pflanzenvorkommen mit sehr wenigen flach wachsenden Arten aufweisen) zu den baumlosen, gras-, strauch- und moosbewachsenen Tundren. Gemäßigte Zone Die gemäßigte Klimazone reicht von den Polarkreisen bis zum vierzigsten Breitengrad und wird in eine kalt- und kühlgemäßigte Zone eingeteilt. In dieser Zone unterscheiden sich die Jahreszeiten groß, was jedoch zum Äquator etwas abnimmt. Ein weiteres Merkmal sind die Unterschiede der Längen von Tag und Nacht, die je nach Jahreszeit stark variieren. Diese Unterschiede nehmen zum Pol hin immer mehr zu. Die Vegetation wird durch Wälder (im Norden der Nordhalbkugel boreale Nadelwälder, bei den äquatornäheren Gebieten nemorale beziehungsweise australe Misch- und Laubwälder der feuchten Mittelbreiten) sowie Grassteppen und winterkalte Halbwüsten und Wüsten (Prärien und Großes Becken in Nordamerika; Eurasische Steppe und Wüsten Zentralasiens, Pampa und patagonische Trockensteppe) geprägt. Subtropen Die Subtropen (zum Teil auch warmgemäßigte Klimazone) liegen in der geografischen Breite zwischen den Tropen in Äquatorrichtung und den gemäßigten Zonen in Richtung der Pole, ungefähr zwischen 25° und 40° nördlicher beziehungsweise südlicher 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 über 20 Grad Celsius, und einer Mitteltemperatur des kältesten Monats von unterhalb 20 Grad definiert. Die Unterschiede zwischen den Längen von Tag und Nacht sind relativ gering. Die Vegetation umfasst vor allem trockene Offenlandschaften (Heiße Halbwüsten und -Wüsten wie die Sahara und die australischen Wüsten), aber auch Waldgebiete (lichte Hartlaubwälder der winterfeuchten „Mittelmeerklimate“ und dichte Lorbeerwälder der immerfeuchten Subtropen). Tropen Die Tropen befinden sich zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis. In den Tropen sind Tag und Nacht immer ungefähr gleich lang (zwischen 10,5 und 13,5 Stunden). Die Tropen können 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 Regenwälder der immerfeuchten Tropen (Amazonasbecken, Kongobecken, Malaiischer Archipel und Neuguinea) untergliedert. In den Tropen konzentriert sich die größte Artenvielfalt und Biodiversität der Erde. Jahreszeiten Die Jahreszeiten werden in erster Linie von der Einstrahlung der Sonne verursacht und können infolgedessen durch Temperatur- und/oder Niederschlagsmengenschwankungen geprägt sein. Darunter wird in der gemäßigten Zone gewöhnlich der Wechsel der Tageshöchst- bzw. Tagestiefsttemperaturen verstanden. In den Subtropen und stärker in den Tropen werden diese Temperaturunterschiede mit Schwankungen der Monatsmittel des Niederschlags überlagert, und in seiner Wahrnehmbarkeit verringert. Die Unterschiede entstehen durch die Neigung des Äquators gegen die Ekliptik. Dies hat zur Folge, dass der Zenitstand der Sonne zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis hin- und herwandert (daher auch der Name Wendekreis). Dadurch entstehen neben den unterschiedlichen Einstrahlungen auch die Unterschiede der Längen 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 über dem südlichen Wendekreis (Wendekreis des Steinbocks). Auf der Nordhalbkugel ist nun der kürzeste und auf der Südhalbkugel der längste 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 Verzögerung ihren Tiefstpunkt. Am Nordpol ist die Mitte der Polarnacht und am Südpol die Mitte des Polartags. 19. bis 21. März: Tagundnachtgleiche: Im Norden beginnt astronomisch der Frühling und im Süden der Herbst. Die Sonne ist auf Höhe des Äquators. 21. Juni (Sommersonnenwende): Die Sonne steht über dem nördlichen Wendekreis (Wendekreis des Krebses). Längster Tag im Norden und kürzester Tag im Süden. Auf der Nordhalbkugel beginnt nun der astronomische Sommer und auf der Südhalbkugel der astronomische Winter. Auf der Nordhalbkugel erreicht die mittlere Tages- bzw. Monatstemperatur durch die höhere Sonneneinstrahlung dort mit einiger Verzögerung ihren Höchstpunkt. Am Nordpol ist die Mitte des Polartags und am Südpol die Mitte der Polarnacht. 22. oder 23. September: Tagundnachtgleiche: Im Norden beginnt astronomisch der Herbst, im Süden der Frühling. Die Sonne ist wieder auf Höhe des Äquators. Abweichend davon wird in der Meteorologie der Beginn der Jahreszeiten jeweils auf den Monatsanfang vorverlegt (1. Dezember, 1. März usw.). Globaler Energiehaushalt Der Energiehaushalt der Erde wird wesentlich durch die Einstrahlung der Sonne und die Ausstrahlung der Erdoberfläche bzw. Atmosphäre bestimmt, also durch den Strahlungshaushalt der Erde. Die restlichen Beiträge 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 Zerfälle erzeugte geothermische Energiebeitrag aus, etwa 0,007 % stammen aus der menschlichen Nutzung fossiler und nuklearer Energieträger 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 Erdatmosphäre zurückzuführen ist. Dies führt zu einer globalen effektiven Temperatur von 246 K (−27 °C). Die Durchschnittstemperatur am Boden liegt jedoch durch einen starken atmosphärischen 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 Quantität durch den zunehmenden Einfluss des Menschen erreicht. Während etwa 1,8 Milliarden Menschen im Jahr 1920 die Erde bevölkerten, wuchs die Erdbevölkerung bis zum Jahr 2008 auf knapp 6,7 Milliarden und bis zum Jahr 2022 auf rund 8,0 Milliarden Menschen. Die UNO rechnete für den Zeitraum 2015 bis 2020 mit einem Bevölkerungswachstum von rund 78 Millionen Menschen pro Jahr. Im Jahr 2022 wurde die Acht-Milliarden-Menschen-Marke überschritten. Die UNO erwartet für 2050 etwa 9,7 Milliarden Menschen und für 2100 10,9 Milliarden Menschen. Ein starkes Bevölkerungswachstum ist für die absehbare Zukunft in den Entwicklungsländern weiterhin zu erwarten, während in vielen hoch entwickelten Ländern die Bevölkerung stagniert oder nur sehr langsam wächst, aber deren industrieller Einfluss auf die Natur weiterhin wächst. Da viele Menschen nach steigendem Lebensstandard streben, konsumieren sie mehr, was aber mehr Energie verbraucht. Die meiste Energie stammt aus der Verbrennung fossiler Energieträger, der Kohlenstoffdioxidgehalt in der Atmosphäre erhöht sich daher. Da Kohlendioxid eines der wichtigsten Treibhausgase ist, führte 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 primären Folgen sind häufigere und verstärkte Wetterereignisse, ein steigender Meeresspiegel infolge abschmelzenden Inlandeises und der Wärmeausdehnung des Wassers, sowie eine Verlagerung der Klima- und Vegetationszonen nach Norden. Sofern die internationalen Klimaschutzbemühungen zu wenig Erfolg haben, kann es zu einem Szenario unkalkulierbarer Risiken für die Erde kommen, das von den Medien auch als „Klimakatastrophe“ bezeichnet wird. Mond Der Mond umkreist die Erde als natürlicher Satellit. Das Verhältnis des Durchmessers des Mondes zu seinem Planeten von 0,273 (mittlerer Monddurchmesser 3 476 km zu mittlerem Erddurchmesser 12 742 km) ist deutlich größer als bei den natürlichen Satelliten der anderen Planeten. Wissenschaftliche Überlegungen legen die Annahme nahe, dass der Mond durch einen Zusammenstoß der Proto-Erde mit dem marsgroßen Protoplaneten Theia entstand. Der Mond stabilisiert die Erdachse, deren Neigung mit ± 1,3° um den Mittelwert 23,3° schwankt. Diese Schwankung wäre viel größer, wenn die Präzessionsperiode von etwa 26 000 Jahren in Resonanz mit einer der vielen periodischen Störungen stünde, die von der Gravitation der anderen Planeten stammen und die Erdbahn beeinflusst. Gegenwärtig beeinflusst nur eine geringe Störung von Jupiter und Saturn mit einer Periode von 25 760 Jahren die Erde, ist aber zu schwach, um viel zu verändern. Die Neigung der Erdachse wäre, wie Simulationen zeigen, im gegenwärtigen Zustand des Sonnensystems instabil, wenn die Neigung im Bereich von etwa 60° bis 90° läge; die tatsächliche Neigung von gut 23° hingegen ist weit genug von starken Resonanzen entfernt und bleibt stabil. Hätte die Erde jedoch keinen Mond, so wäre die Präzessionsperiode etwa dreimal so groß, weil der Mond etwa zwei Drittel der Präzessionsgeschwindigkeit verursacht und ohne ihn nur das Drittel der Sonne übrigbliebe. Diese deutlich längere Präzessionsperiode läge nahe vielen Störungen, von denen die stärksten mit Perioden von 68 750, 73 000 und 70 800 Jahren erhebliche Resonanzeffekte verursachen würden. Unter diesen Umständen zeigen Rechnungen, dass alle Achsneigungen zwischen 0° und etwa 85° instabil wären. Dabei würde eine typische Schwankung von 0° bis 60° weniger als 2 Millionen Jahre erfordern. 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 günstige Bedingungen für die Entwicklung des Lebens auf der Erde. 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 dafür sind der etwa 50 bis 110 Meter große Asteroid 2002 AA29 und der etwa zehn bis 30 Meter große Asteroid 2003 YN107. Auch in bzw. bei den Lagrange-Punkten L4 und L5 der Erde können sich Begleiter aufhalten, die dann Trojaner heißen. Bislang wurde ein einziger natürlicher Trojaner der Erde entdeckt, der etwa 300 Meter große Asteroid 2010 TK7. Entstehung der Erde Entstehung des Erdkörpers 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, während 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 Einschläge während des schweren Bombardements und durch die Wärmeproduktion des radioaktiven Zerfalls, bis sie größtenteils aufgeschmolzen war. Danach differenzierte sich gravitativ der Erdkörper in einen Erdkern und einen Erdmantel. Dabei sanken die schwersten Elemente, vor allem Eisen, zum Schwerpunkt der Erde, wobei auch Wärme frei wurde. Leichte Elemente, vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium, stiegen nach oben und aus ihnen bildeten sich hauptsächlich 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 Erdoberflächen-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 erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte als Wasserdampf aus Magma ausgegast sein, also letztlich aus dem Erdinneren kommen. Ob das aber für die heutige Menge an Wasser ausreicht, ist fraglich. Weitere große Anteile könnten von Einschlägen von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels stammen. Wobei Messungen des Isotopen-Verhältnisses von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) eher auf Asteroiden deuten, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Isotopen-Verhältnisse gefunden wurden wie im Ozeanwasser, wohingegen das Isotopen-Verhältnis von Kometen und transneptunischen Objekten nach bisherigen Messungen nicht mit dem von irdischem Wasser übereinstimmt. Leben Die Erde ist der einzige bekannte Planet, auf dem eine Biosphäre mit Lebensformen existiert. Das Leben begann nach heutigem Wissen möglicherweise 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 kühlte 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 später: In 3,85 Milliarden Jahre altem Sedimentgestein aus der Isua-Region im Südwesten Grönlands wurden in den Verhältnissen von Kohlenstoffisotopen Anomalien entdeckt, die auf biologischen Stoffwechsel deuten könnten. Das Gestein kann aber auch statt Sedimentgestein nur stark verändertes Ergussgestein sein, ohne dabei auf Leben zu deuten. Die ältesten direkten, allerdings umstrittenen Hinweise auf Leben sind Strukturen in 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen der Warrawoona-Gruppe im Nordwesten Australiens und im Barberton-Grünsteingürtel in Südafrika, die als von Cyanobakterien verursacht gedeutet werden. Die ältesten eindeutigen Lebensspuren auf der Erde sind 1,9 Milliarden Jahre alte Fossilien aus der Gunflint-Formation in Ontario, die Bakterien oder Archaeen gewesen sein könnten. Mit der Erdklimageschichte sind untrennbar die chemische wie die biologische Evolution verknüpft. Obwohl anfangs die Sonne deutlich weniger als heute strahlte (vgl. Paradoxon der schwachen jungen Sonne), existieren Hinweise auf irdisches Leben, grundsätzlich vergleichbar dem heutigen, „seit es Steine gibt“. Des pflanzlichen Lebens Stoffwechsel, also die Photosynthese, reicherte die Erdatmosphäre mit molekularem Sauerstoff an, so dass sie ihren oxidierenden Charakter bekam. Zudem veränderte 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 Biosphäre: eine systemische Ganzheit, die in großflächigen Biomen, Ökosystemen 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 gehört. 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 Jäger und Sammler. Seit dieser neolithischen Revolution verdrängten die vom Menschen gezüchteten Kulturpflanzen und -tiere bei der Ausbreitung der Zivilisationen die Wildpflanzen und -tiere immer mehr. Der Mensch beeinflusst spätestens seit der industriellen Revolution das Erscheinungsbild und die Entwicklung der Erde immer mehr: Große Landflächen wurden in Industrie- und Verkehrsflächen 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 größeren Bewegungen in Europa und Nordamerika für Umwelt- und Naturschutz. Umweltverschmutzung und -zerstörung globalen Ausmaßes nahmen im 20. Jahrhundert schnell zu. Die zugrundeliegenden Zusammenhänge 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 schädlicher Einflüsse auf die Erde. Das Jahr 2008 wurde von den Vereinten Nationen unter Federführung der UNESCO zum Internationalen Jahr des Planeten Erde (IYPE) erklärt. Diese bislang größte weltweite Initiative in den Geowissenschaften soll die Bedeutung und den Nutzen der modernen Geowissenschaften für die Gesellschaft und für eine nachhaltige Entwicklung verdeutlichen. Zahlreiche Veranstaltungen und interdisziplinäre Projekte auf internationaler und nationaler Ebene erstreckten sich von 2007 bis 2009 über einen Zeitraum von insgesamt drei Jahren. Um die entscheidenden ökologischen Belastungsgrenzen der Erde zu quantifizieren, formulierte 2009 ein 28-köpfiges Wissenschaftlerteam unter Leitung von Johan Rockström (Stockholm Resilience Centre) die Planetary Boundaries: Verlust der biologischen Vielfalt Schwefelemissionen Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre Ausdünnung der Ozonschicht Versauerung der Meere Phosphorverlust der Meere Intensität der Landnutzung Süßwasserressourcen Menschlicher Einfluss auf die Zukunft „Ampel“-Darstellung der ökologischen Trends der Erde nach William J. Ripple et al.: „Zweite Warnung an die Menschheit“ (2017)*) = Emissionen von ozonabbauenden Halogenverbindungen als R-11-Äquivalente im Megatonnen unter Annahme einer konstanten natürlichen Emissionsrate von 0,11 Mt pro Jahr Die nähere Zukunft der Erdoberfläche hängt sehr stark von der Entwicklung des menschlichen Umwelteinflusses ab. Dazu veröffentlichten 15 372 Wissenschaftler aus 184 Ländern 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 ökologischen Kennzahlen haben sich drastisch verschlechtert. Besonders beunruhigend sind die Trends bei der Klimaerwärmung, der Entwaldung, der Zunahme toter Gewässer und der Verringerung der Artenvielfalt. Die Wissenschaftler sehen die Lebensgrundlagen der Menschheit ernsthaft gefährdet und rufen zu kurzfristigen Gegenmaßnahmen auf. Zukunft Veränderungen 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 → He2+), aber kaum die Masse. Daher wird der Kern langsam schrumpfen und heißer werden. Außerhalb des Kerns wird sich die Sonne ausdehnen, das Material wird durchlässiger für Strahlung, sodass die Leuchtkraft der Sonne etwa um 10 % über die nächsten 1,1 Milliarden Jahre und um 40 % nach 3,5 Milliarden Jahren zunehmen wird. Sofern obige Sonnenveränderungen als Haupteinflussfaktor auf die Erde angenommen werden, wird vermutet, dass die Erde noch etwa 500 Millionen Jahre lang ähnlich wie heute belebt bleiben könne. Danach, so zeigen Klimamodelle, wird der Treibhauseffekt instabil und höhere Temperatur führt zu mehr Wasserdampf in der Atmosphäre, was wiederum den Treibhauseffekt verstärken wird. Der warme Regen wird durch Erosion den anorganischen Kohlenstoffzyklus beschleunigen, wodurch der CO2-Gehalt der Atmosphäre 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. Nach einer weiteren Milliarde Jahren wird das gesamte Oberflächenwasser verschwunden sein und die globale Durchschnittstemperatur der Erde +70 °C erreichen. Verlassen des Sonnensystems Ein „Wild-Card“-Ereignis wäre das Herausschleudern der Erde aus dem Sonnensystem durch das nahe Vorbeiziehen eines Sterns (aufgrund der Wirkung von dessen Gravitation auf die Erde). Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass das innerhalb der nächsten fünf Milliarden Jahre passiert, liegt bei etwa 1 zu 100.000 (0,001 %). In diesem Szenario würden die Ozeane innerhalb einiger Millionen Jahre fast vollständig gefrieren und nur noch vereinzelte Taschen flüssigen Wassers etwa 14 km unter der Oberfläche bestehen. Mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 1 zu 3.000.000 zieht stattdessen ein Doppelstern vorbei, nimmt die Erde in eine Umlaufbahn auf und hält so sogar die Biosphäre intakt. Zerstörung Verschiedene weitere Wild-Card-Ereignisse könnten die Erde schon bald zerstören. Beispiele hierfür sind: Zerstörung durch die Kollision mit einem anderen ausreichend großen Himmelskörper (Hierzu zählt ebenfalls der Eintritt der Erde in den Anziehungsbereich eines Schwarzen Lochs oder Neutronensterns ausreichender Größe. Die Wahrscheinlichkeit für all solche Kollisionen ist aber selbst dann, wenn der Andromedanebel in frühestens zwei 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 Zerstörung durch Außerirdische Ohne Wild Cards oder menschliches Einwirken wird die Erde ab in etwa sieben Milliarden Jahren in die Sonne abstürzen und verglühen. Die oben beschriebene Vergrößerung 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, aber die Erde wird in der nahen, sehr diffusen Sonnenoberfläche eine ihr nachlaufende Gezeitenwelle hervorrufen, die an ihrer Bahnenergie zehren und so die Flucht vereiteln wird. Siehe auch Erde/Daten und Zahlen Position der Erde im Universum Liste der Staaten der Erde (Liste aller Länder und Staaten der Erde) Envisat (ESA-Umweltsatellit) NASA World Wind und Google Earth (Computerprogramme) Flache Erde (Historie zur Vorstellung von der Erde als Scheibe) Gaia-Hypothese Erdsystemwissenschaft Literatur Cesare Emilliani: Planet Earth. Cosmology, Geology, and the Evolution of Live and Environment. Cambridge University Press 1992, ISBN 0-521-40949-7. Kevin W. Kelley (Herausgeber, im Auftrag der Association of Space Explorers): Der Heimatplanet. Zweitausendeins, Frankfurt am Main 1989, ISBN 3-86150-029-9. J. D. Macdougall: Eine kurze Geschichte der Erde. Eine Reise durch 5 Milliarden Jahre. Econ Taschenbuchverlag, München 2000, ISBN 3-612-26673-X. David Oldroyd: Die Biographie der Erde. Zweitausendeins 1998, ISBN 3-86150-285-2. Karl-August Wirth: Erde. In: Reallexikon zur Deutschen Kunstgeschichte. 5. Band, 1964, Sp. 997–1104. Weblinks Raumfahrer.net Sonderseite: Planet Erde Onegeology.org: Geologische Weltkarte NASA Earth Observatory Medien Einzelnachweise Planet des Sonnensystems Namensgeber für ein chemisches Element Wikipedia:Artikel mit Video