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Lexikon der Kartographie und Geomatik: Erde

Erde, von der Sonne aus gesehen der dritte Planet im Sonnensystem, hinter Merkur und Venus. Danach folgen Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto. Die Entfernung der Erde zur Sonne beträgt ca. 149,6 · 106 km. Der Erdumfang, um die Pole gemessen, beträgt ca. 40 000 km. Der aus den Pol- und Äquatorradien gemittelte Erdradius beträgt ca. 6378 km. Die Oberfläche umfasst 510 · 106 km2, von der ca. 71 % von Wasser bedeckt sind. Die Verteilung von Land und Wasser ist auf den beiden Hemisphären unterschiedlich. Auf der Nordhalbkugel beträgt der Wasseranteil ca. 61 %, während er auf der Südhalbkugel ca. 81 % erreicht. Von den Landmassen sind 11 % ständig mit Eis bedeckt. Das Volumen der Erde beträgt 1,083·1021 m3 und die Erdmasse entspricht 5,973 · 1024 kg (Abb. 1).
Die Erdumlaufbahn, eine leicht elliptische Bahn, beschreibt die Erdbahn um die Sonne (Abb. 2) (Exzentrizität, derzeit 0,0167). In einem Brennpunkt dieser Erdbewegung steht die Sonne (gemäß den Kepler'schen Gesetzen). Dabei befindet sich die auf die Erde wirkende Gravitationskraft (Gravitation) und die Zentrifugalkraft der Erde im Gleichgewicht. Ein Umlauf dauert 365 d 5 h 48 min 46 s (tropisch, siderisch 365 d 6 h 9 m 9 s). Die Rotation der Erde wird durch einen Rotationsvektor dargestellt, der die Richtung der momentanen Drehachse der Erde hat, und dessen Länge dem Betrag der Drehgeschwindigkeit entspricht. Die maximale Entfernung Erde-Sonne (aphel, zur Zeit am 3. Juli) beträgt 152,099 Mio. km, die minimale (perihel, zur Zeit am 2. Januar) 147,096 Mio. km. Die mittlere Umlaufgeschwindigkeit liegt bei 29,78 km/s. Die Erdumlaufbahn bewirkt in Zusammenhang mit der Erdachsenneigung die Jahreszeiten. Zur Zeit der Äquinoktien, d. h. der Tag- und Nachtgleiche (21. März und 23. September) werden Nord- und Südhalbkugel gleichmäßig von der Sonne beschienen und unterliegen aufgrund der Erdrotation nur dem Tagesgang. Zu anderen Zeiten überwiegt die Besonnung auf einer der beiden Halbkugeln deutlich (Abb. 3). Der Sonnenhöchststand liegt im Sommerhalbjahr auf der Nordhalbkugel am 21. Juni (Sommerpunkt, Südwinter) und der niedrigste Sonnenstand im Winterhalbjahr in der Südhemisphäre am 21. Dezember (Südsommer). Die Erdumlaufparameter (Orbitalparameter) unterliegen bestimmten langfristigen Variationen. Und zwar variiert die Exzentrizität der Umlaufbahn mit einer Periode von 95 000 Jahren zwischen den Werten 0,0005 und 0,0607 (derzeit 0,0167 abnehmend). Die Erdachsenneigung (welche die Intensität der Jahreszeitenausprägung steuert) variiert mit einer Periode von 21 000 Jahren zwischen rund 22° 2′ und 24° 30′ und das Datum von Aphel bzw. Perihel wegen der Präzessionsbewegung (Präzession) der Erdachse mit einer Periode von 21 700 Jahren. Dies führt zu Variationen der Sonneneinstrahlung (Abb. 4). Bereits im Jahr 1930 hat M. Milankovič versucht, aufgrund dieser Variationen, in diesem Zusammenhang auch Milankovič-Zyklen genannt, das Kommen und Gehen der Eiszeiten und Warmzeiten zu erklären. Über die Untersuchung der Erdrotationsparameter erhält man auch Informationen über den Aufbau des Erdkörpers und über das dynamische Verhalten von Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre und über anthropogene Einflüsse.
Die Form wird allgemein als Erdkugel bezeichnet, obwohl sie genau genommen ein Ellipsoid (mittleres Erdellipsoid), bzw. ein Geoid ist. Die Form des Geoids wird durch einen idealisierten Meeresspiegel, der die Oberfläche der Ozeane nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes zeigt und der sich unter den Kontinenten fortsetzt, dargestellt. Das Geoid ist kein starrer Körper, so dass an ihm endogene und exogene Kräfte wirken können. Diese Erddeformationen lassen sich nach ihren räumlichen Ausdehnungen (global, regional, lokal), nach ihren zeitlichen Abläufen (lang andauernd, periodisch, vorübergehend) sowie nach dem physikalischen Materialzustand (elastisch, viskos, plastisch) unterscheiden. Unter lang andauernden, globalen Deformationen der Erde versteht man das Wirken der Kräfte im Erdinnern (Geodynamik), die die Plattentektonik in Gang bringen. Die exogenen Kräfte dagegen wirken mit langer Dauer vor allem bei Klimavariationen durch die veränderte atmosphärische Auflast oder durch Schmelz- und Gefrierprozesse in den Polargebieten und den damit verbundenen Änderungen des Meeresspiegels.
Globale periodische Deformationen werden in erster Linie durch äußere Kräfte in Form der Erdgezeiten (Anziehungskraft von Sonne, Mond und Planeten) sowie durch die jahreszeitliche Variation der atmosphärischen Auflast und des Wasserkreislaufes (ozeanische Zirkulation) erzeugt. Regionale bzw. lokale lang andauernde Deformationen sind dagegen häufig die Folge eines anthropogenen Einflusses, wie z. B. durch den Abbau von Rohstoffen oder die Akkumulation von Massen. Periodische regionale Deformationen ergeben sich durch jahreszeitlich bedingte meteorologische und hydrologische Variationen. Die episodischen Deformationen entstehen hauptsächlich regional bzw. lokal nach einem Erdbeben, Vulkanismus oder Bergsturz. Betrachtet man also die Erde als Ganzes und will ihre Deformation realistisch beschreiben oder modellieren, so muss eine Kombination des unterschiedlichen Materialverhaltens (elastisch-viskos-plastisch) berücksichtigt werden. Deformationen im Erdinneren sind langsame Fließvorgänge, denen ein viskoses Materialverhalten zugrunde liegt. Prozesse und Auswirkungen der Deformationen können mit geodätischen Raumverfahren beobachtet und präzise gemessen werden. Bei den messbaren Effekten handelt es sich einerseits um eine geometrische Veränderung der Form der Erdoberfläche (Erdkrustenbewegungen, Plattenkinematik) in horizontaler und vertikaler (Gebirgsbildung) Richtung. Andererseits sind auch die daraus resultierenden Variationen der Rotation der Erde und der Erdanziehungskraft (Schwere) mit den Methoden der Geodäsie messbar.
Die Erforschung der Erde ist Aufgabe der Geowissenschaften. Die kartographische Abbildung der Erde als verzerrungsfreie Gesamtdarstellung führt zum Globus, die zusammenhängende Abbildung als ebene Darstellung zur Weltkarte bzw. Erdkarte (vgl. Weltkartenwerk, Weltatlas).


Erde 1:Erde 1: Physikalische Maße der Erde.

Erde 2:Erde 2: Schema der Erdumlaufbahn um die Sonne.

Erde 3:Erde 3: Scheinbare Bewegung der Sonne um die Erde an unterschiedlichen Orten.

Erde 4:Erde 4: Jahresgang der extraterrestrischen Sonneneinstrahlung (Insolation) in W/m2 in verschiedenen geographischen Breiten im Jahresgang.

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