Die Geschichte der chemischen Elemente der Erde ist eine lange, deren Ursprünge bis in die Antike reichen. So benannte bereits DEMOKRIT (460-371 v.Chr.) als Urkomponenten der Welt den leeren Raum und Atome, aus deren Verbindungen alle Körper hervorgingen. THALES v. Milet (585-545 v. Chr.) nannte das Wasser, HERAKLID (540-480 v.Chr.) das Feuer das sogenannte „Elementare“. Für EMPEDOKLES (483-423 v. Chr.) waren es Wasser, Luft und Feuer und er fügte die Erde als viertes gleichberechtigtes Element dazu. Diese Lehre wurde von ARISTOTELES (384-322 v. Chr.) aufgenommen, und um die Qualitäten „warm“, „kalt“, „nass“ und „trocken“ erweitert, wodurch die damaligen Elemente damit voneinander abgegrenzt oder miteinander verbunden wurden. In seiner Aussage „alles ist entweder Element oder setzt sich aus Elementen zusammen“ kann man schon eine realitätsnahe Anschauung erkennen. (vgl. KAMPF 2002, S.31, BILOW 1999, S.14-15) Bei Experimenten wurden im Laufe der Zeit enorme Erfahrungen gesammelt, die am Ende den Begriff des Elements ableiten lassen, so wie in dieser Arbeit im ersten Abschnitt definiert. Anschließend sollen deren Verteilungen in der Erde und in der derzeitigen Erdatmosphäre dargestellt werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Die Geschichte der chemischen Elemente
2. Chemische Elemente der Erde
2.1 Definition
2.2 Periodensystem
3. Die Verteilung im Erdkörper
3.1 Der innere Erdkern
3.2 Der äußere Erdkern
3.3 Der untere und obere Erdmantel
3.4 Die Erdkruste
3.4.1 Kontinentale Erdkruste
3.4.2 Ozeanische Erdkruste
4. Die chemischen Elemente in Biosphäre und Hydrosphäre
5. Die Verteilung in der derzeitigen Erdatmosphäre
5.1 Definition und Zusammensetzung der Erdatmosphäre
5.2 Die Verteilung der Elemente
6. Ausblick: künstliche Elemente
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die chemische Zusammensetzung der Erde sowie deren spezifische Verteilung im Erdkörper und in der aktuellen Erdatmosphäre, um ein grundlegendes Verständnis für die geodynamischen und atmosphärischen Stoffkreisläufe zu vermitteln.
- Historische Entwicklung des Elementbegriffs
- Struktur und Gesetzmäßigkeiten des Periodensystems
- Elementverteilung im inneren Aufbau der Erde (Kern, Mantel, Kruste)
- Chemische Zusammensetzung der Atmosphäre und ihre Schichtung
- Die Rolle von Spurengasen und Aerosolen für das Klimasystem
Auszug aus dem Buch
3.3 Der untere und obere Erdmantel
Der im Durchschnitt 2860 Kilometer mächtige Erdmantel besteht aus Gestein (Silikaten), das unter enormen Druck und Temperatur fließt und sich wenige Zentimeter pro Jahr bewegt. Mit diesen Strömungen wird Hitze von innen nach außen transportiert. Dieses Mantelgestein wurde als Peridotit identifiziert, welches durch Olivin meist grünlich gefärbt ist. (vgl. GEO kompakt, S.52-58) Damit sind die chemischen Elemente des Erdmantels in der Reihe nach ihrer Häufigkeit Silizium, Sauerstoff, Magnesium, Eisen, Aluminium und Calzium. Diese sind gebunden in Metalloxiden wie Magnesiumoxid und Eisenoxid.
Grundsätzlich bestehen unterer und oberer Erdmantel aus Gestein mit derselben chemischen Zusammensetzung, es wird nur die Kristallstruktur verändert. Der steigende Druck führt dazu, dass die Minerale zu „Hochdruckmodifikationen“ umkristallisieren.
Das Material im unteren Erdmantel ist ein schweres Silikat mit spezieller Kristallstruktur, die sogenannte „Perowskit-Struktur“. Im Labor künstlich erzeugte Silikate mit dieser Kristallstruktur seien „unscheinbare schwarzbraune Krümel, die ohne entsprechenden Druck dazu neigen, sich in das Ausgangsmaterial zurückzuverwandeln.“ Da der untere Erdmantel etwa die Hälfte der Erdmasse ausmacht, ist Silikat mit dieser Kristallstruktur somit das häufigste Mineral der Erde. (vgl. GEO kompakt, S.58)
Zusammenfassung der Kapitel
1. Die Geschichte der chemischen Elemente: Dieses Kapitel erläutert die antiken Ursprünge des Elementbegriffs von den Lehren der griechischen Naturphilosophen bis hin zur modernen wissenschaftlichen Definition.
2. Chemische Elemente der Erde: Hier wird der heutige Elementbegriff definiert und die systematische Ordnung der Elemente innerhalb des Periodensystems erläutert.
3. Die Verteilung im Erdkörper: Das Kapitel analysiert die geochemische Zusammensetzung der verschiedenen Erdschichten, vom inneren Erdkern bis zur ozeanischen und kontinentalen Kruste.
4. Die chemischen Elemente in Biosphäre und Hydrosphäre: Eine kurze Übersicht verdeutlicht die Abhängigkeit der Biosphäre von den Elementen der Atmosphäre und anderen Reservoiren.
5. Die Verteilung in der derzeitigen Erdatmosphäre: Hier werden die chemische Zusammensetzung der Lufthülle, die Rolle von Hauptbestandteilen und Spurengasen sowie deren vertikale Schichtung detailliert betrachtet.
6. Ausblick: künstliche Elemente: Das abschließende Kapitel gibt einen Ausblick auf die synthetische Erzeugung neuer chemischer Elemente im Labor.
Schlüsselwörter
Chemische Elemente, Periodensystem, Erdkörper, Erdkruste, Erdatmosphäre, Silikate, Stoffkreislauf, Spurengase, Aerosole, Ozon, Stratosphäre, Troposphäre, Geodynamik, Atomstruktur, Isotope.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der chemischen Identität unserer Erde und beschreibt, aus welchen Elementen die Erde aufgebaut ist und wie diese in den verschiedenen Schichten des Erdkörpers sowie der Atmosphäre verteilt sind.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Zentral sind die geochemische Gliederung der Erde (Kern, Mantel, Kruste) sowie die chemische Beschaffenheit und vertikale Schichtung der Erdatmosphäre inklusive ihrer atmosphärenchemischen Prozesse.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die Verteilung der Elemente in den Erdsphären aufzuzeigen und dabei Zusammenhänge zwischen geologischen Strukturen und atmosphärischen Stoffgehalten verständlich zu machen.
Welche wissenschaftliche Methode wurde angewandt?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse, die aktuelle geowissenschaftliche Erkenntnisse und Daten zur Elementhäufigkeit aus Fachquellen zusammenführt und strukturiert wiedergibt.
Welche Aspekte stehen im Hauptteil im Fokus?
Der Hauptteil gliedert sich in die Untersuchung des soliden Erdkörpers mit Fokus auf Silikate und Metalle sowie die detaillierte Analyse der Lufthülle hinsichtlich ihrer stabilen Gase und klimarelevanten Spurenstoffe.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie Geochemie, Atmosphäre, Periodensystem, Stoffzusammensetzung und Klimawirksamkeit von Spurengasen geprägt.
Welche Rolle spielt Silizium im Aufbau der Erde?
Silizium ist, oft in Verbindung mit Sauerstoff als Silikat, das dominierende Element der Erdkruste und ein wesentlicher Bestandteil des gesamten Erdmantels.
Warum wird die Atmosphäre in Schichten unterteilt?
Die Schichtung erfolgt primär anhand von Temperaturprofilen und der unterschiedlichen Konzentration sowie Massenverteilung der chemischen Elemente, was die Troposphäre von der Stratosphäre und den darüberliegenden Schichten abgrenzt.
Was macht die Stratosphäre für das Leben auf der Erde besonders wichtig?
In der Stratosphäre befindet sich die Ozonschicht, die schädliche kurzwellige UV-Strahlung absorbiert und den Prozess der Ozonentstehung reguliert, wodurch irdisches Leben vor gefährlicher Strahlung geschützt wird.
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- Jessica Mücke (Author), 2005, Chemische Elemente der Erde und ihre Verteilung im Erdkörper und in der derzeitigen Erdatmosphäre, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/58924
