Planet: Erde - Regelmechanismen der Atmophäre

Erde, allgemeine Beschreibung

Erde Datenblätter
 
Wie funktioniert der blaue Planet
Die Erde ist unbestritten ein besonderer Planet. Es gibt hier eine, aus den bekannten chemischen Grundelementen zusammengesetzte, regenerative, selbstorganisierende Materieformen, die wir Leben nennen, .. Pflanzen, Tiere .. uns.

Nach allem was wir wissen, war für deren Entwicklung Wasser notwendig. In ihm entwickelten sich die Urformen des Lebens .. chemische Substanzen, die es vermochten, sich selber zu reproduzieren und zu modifizieren.
Die Frage wie das Wasser auf die Erde kommt ist dabei beinahe untergeordnet, denn das Weltall ist voll von den Gasen Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O), deren chemische Verbindung H2O das Wasser ja ist.
Verblüffend ist eher, dass das Wasser nicht als Gas, oder fest, in der Form von Eis, vorliegt. Dies wären die zu erwartenden Zustände, wenn man sich den gesamten Temperaturbereich von –273°C bis hin zu über tausend Grad vorstellt, in denen diese chemische Verbindung vorliegt. Nur in dem Bereich zwischen 0°C und 100°C ist Wasser bei dem gegebenen Druck flüssig, nur in einem noch schmaleren Bereich kann Leben auf der Basis von Kohnestoff in ihm entstehen. Die Temperaturen des Weltalls weichen hiervon in der Regel weit ab.
Die menschliche Wissenschaft vermutet den 'lebensmöglichen' Bereich in unserem Sonnensystem zwischen 0,95 AE und 1,37AE. Grob gesehen bedeutet dies, dass es bereits bei einer Abweichung von nur ± 4-5% der gegebenen Entfernung Erde und Sonne, kein Leben mehr auf unserem blauen Planeten geben würde. Lächerliche 7,5Mio km trennen uns, in dem nach Milliarden Lichjahren zählenden Raum, von der Frage unserer Existenz.

Die Erde besitzt eine mittlere Temperatur von 15°C. Die Venus, astronomisch nur etwas dichter an der Sonne gelegen, glüht bis hin zu 460°C und der Mars, nur wenig weiter entfernt, bringt es auf –60°C. Keine Voraussetzungen für flüssiges Wasser .. und doch scheint es auf dem Mars flüssiges Wasser gegeben zu haben. Letzte Aufnahmen von seiner Oberfläche zeigen filigrane Flußläufe, Meeresstrände und Erosionszonen und das spricht dafür, dass dieser Planet nicht immer so trocken und staubig war, wie er sich heute darstellt. Aber das flüssige Wasser ist verschwunden. Warum verschwand es nicht auch auf der Erde?
 
Vor 4,6 mrd. Jahren entwickelte sich die Sonne aus dem Gemisch von kosmischem Staub gestorbener Sterne und dem Wasserstoff des Weltalls. In einiger Entfernung um sie herum verklumpte ein wenig dieser Materie zu den Planeten. Die Zusammenballung geschieht durch das Aufeinandertreffen von größeren und kleineren Gesteins- und Eisbrocken, die sich zuvor selbständig aus dem feinen Urstaub gebildet haben. Die Energie ihrer Zusammenstöße erwärmt und verdichtet die entstehenden größeren Brocken. Irgendwann im Verlauf von einigen 10.000 Jahren hat sich die Erde gebildet. Sie ist heiß von den unzähligen Zusammenstößen, Gase entwickeln sich und bilden eine erste Atmosphäre. Sie enthält schon Wasserdampf. Einschläge weiterer Meteorite verwirbeln diese und der Sonnenwind, ein Strom von atomaren Partikeln, die von der zunehmend heißer werdenden Sonne abgestrahlt wird, reißt die junge Atmosphäre mit sich fort und verteilt sie wieder im Weltall. Die Turbulenzen sind noch zu groß und die Massenanziehung der entstehenden Erde ist noch zu kleinum diesen Gasmantel festzuhalten.
Mit zunehmender Größe werden die von der Erde angezogenen Brocken größer. Sie kommen von weiter her, besitzen eine größere Aufschlagenergie, erhitzen den Erdball bis in sein tiefstes Inneres und schmelzen ihn auf. Die schweren Stoffe sinken zum Erdmittelpunkt, verfestigen sich unter dem hier herrschenden, ungeheueren Druck. Um diesen festen Kern aus Nickel und Eisen, dort wo der Druck geringer wird, bildet sich eine heiße, flüssige, quirlende Schicht dieser Metalle, die wie bei einem Dynamo ein Magnetfeld erzeugt. Dieses legt sich um die Erde herum und verhindert, dass der Sonnenwind die nun weit heftiger entstandenen Gase wegblasen kann. Das Magnetfeld lenkt den Sonnenwind um die Erde herum.
In der nun entstanden Atmosphäre befinden sich Kohlendioxid, Stickstoff und Edelgase. Das im Gestein kristallin gebundene Wasser wird 'ausgeschwitzt', doch ist die Erde zu heiß, als dass es in Form flüssigen Wassers existieren könnte. Die Ozeane hängen mit mehr als 1,4 Mrd. Kubikmetern Wasser, als Wassergas am Himmel. Es vergehen Millionen weiterer Jahren, bis sich auf der glutflüssigen Oberfläche der Erde, erste Krusten aus leichtem Silikatgestein bilden und die Hitze hier soweit abgekühlt ist, dass der Wasserdampf kondensiert und als Regen zur Erde herunterfällt. Wasser regnet und verdunstet wieder, aber langsam entstehen die Ozeane. Noch immer schlagen große Brocken ein und verspritzen ganze Meeresfüllungen zurück in den Weltraum. Aber in den Ozeanen entwickeln sich Mikroorganismen und beginnen zu 'Leben'.

Das Magnetfeld schützt die Erde zwar vor dem Sonnenwind, doch die ultraviolette Strahlung der Sonne erreicht die Erde noch immer und spaltet das Wasser in den hohen Schichten zu Wasserstoff und Sauerstoff. Die Erde besitzt nicht genug Anziehungskraft um den leichten Wasserstoff an der Flucht ins Weltall zu hindern und der Sauerstoff verbindet sich mit allen möglichen festen Elementen der Erdkruste und oxydiert mit diesen. Die Erde verliert ihr Wasser. Dieses zweite Leck, durch das weitere Ozeanfüllungen in das Weltall zurückströmen wird erst geschlossen, nachdem Meeresorganismen beginnen über die Photosynthese Sauerstoff zu produzieren. Zunächst oxydiert auch dieser Sauerstoff mit den festen Stoffen der Erdkruste, dann aber ist er in solchen Mengen vorhanden, so dass er als Gas in der Atmosphäre verbleibt und bis in die höchsten Schichten vordringt.
Nun schließt sich das letze Leck für den Wasserdampf. Das freie Sauerstoffgas wird von den ultravioletten Strahlen der Sonne zu Ozon (O2) verbunden. Dieses Gas sammelt sich als dicke Schicht in der hohen Atmosphäre und bildet, einem Wunder gleich, eine Schutzschicht für das Eindringen der ultravioletten Strahlung der Sonne in die unteren Schichten der Erdatmophäre. Der Wasserdampf kann nicht mehr entfliehen. Es entsteht die uns heute bekannte Atmosphäre.

Regelmechanismen
Mindestens ebenso wundersam ist die nun eintretende Wirkung des Wassers. Die Wärme der Erde wird durch die Strömungen der Ozeane relativ gleichmäßig über die gesamte Kugeloberfläche verteilt. Zudem bildet das Wasser einen wirksamen Schutzschild für eine Überhitzung der Ede. Wird es der Erde zu warm, verdampft Wasser aus den Ozeanen und bildet Wolken. Die Wolken verhindern, dass weitere Wärme der Sonne die Erde aufheizt. Dadurch wird es kühler und es beginnt zu regnen, womit die Wolken verschwinden.

Ein weiterer Effekt dieses Regelkreislaufes ist, dass der niederfallende Regen, das Treibhausgas Kohlendioxid CO2 aus den Luftschichten herauswäscht und es im Meer sammelt. Hier entsteht Kohlensäure, die ihrerseits Kalzium aus dem Gestein herauslöst. Alle möglichen Schalentiere bauen diese Substanz in ihre Gehäuse ein und nach deren Tod rieselt das Kohlenmonoxid als Kalk gebunden zu Boden. Die Gefahr der Überhitzung der Erde durch den Treibhauseffekt des CO2 ist gebannt. Durch die Verschiebung der Erdplatten gelangt der Kalk in Form von Bergen wieder an die Oberfläche oder er wird in die Tiefen des Erdinneren gedrückt, von wo aus, dass aus dem Kalkstein herausgeschmolzene Kohlendioxid, neben seiner natürlichen Abgasung, auch über Vulkane wieder in der Atmosphäre erscheint.

Hier schlägt seine Stunde, wenn es der Erde zu kalt wird. Da das Wasser nun gefriert kann es keine Wolken mehr bilden. Das CO2 hält nun wie das Dach eines Gewächshauses die Sonnenwärme auf der Erde zurück, so dass diese wieder wärmer wird. Das Eis schmilzt, wird wieder zu Wasser, verdunstet, der Regen setzt ein und wäscht das Kohlendioxid erneut aus der Luft heraus.
 

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