Die Erde ist ein abgeflachtes Sphäroid. Sie setzt sich aus verschiedenen Schichten zusammen, wie Tiefbohrungen und seismische Untersuchungen zeigen (Abbildung 10h-1). Diese Schichten sind:

• Der Kern, der einen Durchmesser von etwa 7000 Kilometern (3500 Kilometer Radius) hat und sich im Zentrum der Erde befindet.
• Der Mantel, der den Kern umgibt und eine Dicke von 2900 Kilometern hat.
• Die Kruste schwimmt oben auf dem Mantel. Sie besteht aus basaltreicher ozeanischer Kruste und granithaltiger kontinentaler Kruste.

Abbildung 10h-1: Schichten unter der Erdoberfläche.

Der Kern ist eine eisen- und nickelreiche Schicht, die aus zwei Schichten besteht: dem inneren und äußeren Kern. Der innere Kern ist theoretisch fest und hat eine Dichte von etwa 13 Gramm pro Kubikzentimeter und einen Radius von etwa 1220 Kilometern. Der äußere Kern ist flüssig und hat eine Dichte von etwa 11 Gramm pro Kubikzentimeter. Er umgibt den inneren Kern und hat eine durchschnittliche Dicke von etwa 2250 Kilometern.

Der Erdmantel ist fast 2900 Kilometer dick und macht etwa 83 % des Erdvolumens aus. Er setzt sich aus mehreren verschiedenen Schichten zusammen. Der obere Mantel existiert von der Basis der Kruste abwärts bis in eine Tiefe von etwa 670 Kilometern. Man geht davon aus, dass dieser Bereich des Erdinneren aus Peridotit besteht, einem ultramafischen Gestein, das aus den Mineralen Olivin und Pyroxen zusammengesetzt ist. Die oberste Schicht des oberen Mantels, 100 bis 200 Kilometer unter der Oberfläche, wird Asthenosphäre genannt. Wissenschaftliche Studien legen nahe, dass diese Schicht physikalische Eigenschaften hat, die sich vom Rest des oberen Mantels unterscheiden. Die Gesteine in diesem oberen Teil des Mantels sind aufgrund der kühleren Temperaturen und des geringeren Drucks starrer und brüchiger. Unterhalb des oberen Mantels befindet sich der untere Mantel, der sich von 670 bis 2900 Kilometer unter der Erdoberfläche erstreckt. Diese Schicht ist heiß und plastisch. Der höhere Druck in dieser Schicht bewirkt die Bildung von Mineralien, die sich von denen des oberen Mantels unterscheiden.

Die Lithosphäre ist eine Schicht, die die Kruste und den obersten Teil des Mantels umfasst (Abbildung 10h-2). Diese Schicht ist etwa 100 Kilometer dick und hat die Fähigkeit, über den Rest des oberen Mantels zu gleiten. Aufgrund der steigenden Temperatur und des Drucks sind tiefere Teile der Lithosphäre im Laufe der geologischen Zeit zu plastischem Fließen fähig. Die Lithosphäre ist auch die Zone von Erdbeben, Gebirgsbildung, Vulkanen und Kontinentaldrift.

Der oberste Teil der Lithosphäre besteht aus Kruste. Dieses Material ist kühl, starr und spröde. Es lassen sich zwei Arten von Kruste unterscheiden: ozeanische Kruste und kontinentale Kruste (Abbildung 10h-2). Beide Arten von Kruste haben eine geringere Dichte als das Gestein in der darunter liegenden oberen Mantelschicht. Ozeanische Kruste ist dünn und misst zwischen 5 und 10 Kilometern Dicke. Sie besteht ebenfalls aus Basalt und hat eine Dichte von etwa 3,0 Gramm pro Kubikzentimeter.

Die kontinentale Kruste ist 20 bis 70 Kilometer dick und besteht hauptsächlich aus leichterem Granit (Abbildung 10h-2). Die Dichte der kontinentalen Kruste beträgt etwa 2,7 Gramm pro Kubikzentimeter. Am dünnsten ist sie in Gebieten wie den Rift Valleys in Ostafrika und in einem Gebiet, das als Basin and Range Province im Westen der Vereinigten Staaten bekannt ist (mit dem Zentrum in Nevada ist dieses Gebiet etwa 1500 Kilometer breit und verläuft etwa 4000 Kilometer in Nord-Süd-Richtung). Die kontinentale Kruste ist unter den Gebirgszügen am dicksten und reicht bis in den Erdmantel hinein. Beide Krustentypen setzen sich aus zahlreichen tektonischen Platten zusammen, die auf dem Erdmantel schwimmen. Konvektionsströme im Erdmantel bewirken, dass sich diese Platten langsam durch die Asthenosphäre bewegen.

Abbildung 10h-2: Struktur der Erdkruste und oberste Schicht des oberen Erdmantels. Die Lithosphäre besteht aus der ozeanischen Kruste, der kontinentalen Kruste und dem obersten Mantel. Unterhalb der Lithosphäre befindet sich die Asthenosphäre. Diese Schicht, die ebenfalls Teil des oberen Mantels ist, erstreckt sich bis in eine Tiefe von etwa 200 Kilometern. An den Grenzen zwischen kontinentaler und ozeanischer Kruste finden sich häufig Sedimentablagerungen.

Isostacy

Eine interessante Eigenschaft der kontinentalen und ozeanischen Kruste ist, dass diese tektonischen Platten die Fähigkeit haben, sich zu heben und zu senken. Dieses Phänomen, bekannt als Isostasie, tritt auf, weil die Kruste auf dem Erdmantel schwimmt wie Eiswürfel im Wasser. Wenn die Erdkruste durch Gebirgsbildung oder Vergletscherung an Gewicht gewinnt, verformt sie sich und sinkt tiefer in den Erdmantel ein (Abbildung 10h-3). Wird das Gewicht entfernt, erhält die Kruste mehr Auftrieb und schwimmt höher im Erdmantel.

Dieser Prozess erklärt die jüngsten Änderungen des Meeresspiegels in den Küstengebieten Ost- und Nordkanadas und Skandinaviens. An einigen Orten in diesen Regionen der Welt ist der Meeresspiegel in den letzten hundert Jahren um bis zu einem Meter gesunken. Dieser Rückgang wird durch den isostatischen Rebound verursacht. Beide Gebiete waren vor etwa 10.000 Jahren von massiven Eisschilden bedeckt. Das Gewicht der Eisschilde drückte die Kruste tiefer in den Erdmantel. Jetzt, wo das Eis verschwunden ist, heben sich diese Gebiete langsam bis zu einem neuen Gleichgewichtsniveau an.

Abbildung 10h-3: Das Hinzufügen von Gletschereis auf der Erdoberfläche bewirkt, dass sich die Kruste verformt und absinkt (a).Wenn das Eis schmilzt, kommt es zu einem isostatischen Rückprall und die Kruste hebt sich bis zu ihrer früheren Position vor der Vergletscherung (b und c). Ein ähnlicher Prozess findet bei der Gebirgsbildung und Gebirgserosion statt (siehe Thema 10l).