Die Erde ist mit einem Äquatordurchmesser von 12.756 km der größte unter den terrestrischen Planeten im Sonnensystem. Ihr Poldurchmesser beträgt 12.714 km, womit die Erde an ihren Polen abgeplattet ist. Die Masse der Erde beträgt 5,974∙1024 kg und ihre mittlere Dichte hat einen Wert von 5,515 g/cm³. Diese Größen werden auch als Referenz für andere Planeten benutzt. Die Erde ist der einzige Planet, auf dem es nachweislich Weise Leben gibt. Dieses bildet drei große Gruppen auf der Erde, die aufgrund ihrer Zellstrukturen unterschieden werden: Tiere, Pflanzen und Pilze. Die Menschen gehören zur Gruppe des tierischen Lebens. Allerdings haben diese eine kulturell-technischen Entwicklung durchgemacht und gehören damit zu den hochentwickelten intelligenten Lebensformen.

Das Foto setzt sich nach Nasa-Angaben aus verschiedenen Aufnahmen vom 4. Januar zusammen.
Bild 1: Die Erde / Quelle NASA

Die mittlere Entfernung der Erde von der Sonne beträgt rund 149.597.870,7 km und wird als Astronomische Einheit (AE) definiert. Diese dient als Entfernungsmaßstab im Sonnensystem. Die Bahn der Erde ist annähernd kreisförmig, d.h. ihre Bahn-Exzentrizität hat einen Wert von e = 0,0167, so dass ihre Entfernung zur Sonne zwischen rund 147.099.000 km (0,983 AE) und 152.096.000 km (1,0173 AE) schwankt. Bei einer mittleren Bahngeschwindigkeit von 29,78 km/s benötigt die Erde für einen Umlauf um die Sonne 365,256 Tage. Ihre Bahnneigung gegen die Ekliptikebene beträgt definitionsgemäß 0°, da die Ekliptikebene die Ebene der Erdbahn um die Sonne ist. Die Erde rotiert einmal in 23h 56min04s um ihre eigene Achse und die Neigung ihrer Rotationsachse gegenüber der Ekliptik beträgt 23,44°.

Die Erde besteht aus einer Erdkruste, einem Erdmantel sowie einem äußeren flüssigen und inneren festen Erdkern. Die Erdkruste hat eine Dicke von rund 50 km und eine Dichte von rund 2,8 g/cm³. Die Temperaturen in der Kruste bewegen sich in einem Bereich von etwa 288 bis 723 K (Hinweis: 0 K = -273°C bzw. 0°C = 273 K). Der Erdmantel gliedert sich in einen äußeren und einen inneren Mantel. Der äußere Mantel befindet sich in einem Tiefenbereich von etwa 50 bis 1000 km, hat eine Dichte von etwa 3,5 g/cm³ und eine Temperatur von etwa 2.300 K. Der innere Mantel befindet in einer Tiefe von 1.000 bis 2.900 km. Die Dichte steigt dort auf rund 4,7 g/cm³ und die Temperatur auf 2.700 K an. Der äußere flüssige Kern befindet sich in einem Tiefenbereich von 2.900 bis 5.100 km. Hier steigen die Dichte auf Werte von 9,0 bis 12,5 g/cm³ und die Temperatur auf 3.300 K an. Der feste innere Kern befindet sich in einem Tiefenbereich von 5.100 bis 6.370 km und bildet das Zentrum. Dichte und Temperatur steigen auf 13 g/cm³ und 3.800 K an. Der Erdkern besteht aus Eisen und Nickel. Alle Zahlenwerte sind natürlich mit Unsicherheiten behaftet. Das Innere der Erde kann durch die Ausbreitung der Erdbebenwellen (Seismologie) studiert werden. Es gibt zwei Arten von Wellen. Die longitudinalen Kompressionswellen (p-Wellen) breiten sich senkrecht zu ihrer Fortpflanzungsrichtung aus. Dies ist zum Beispiel auch bei Schallwellen der Fall. Des Weiteren können sich p-Wellen in Flüssigkeiten ausbreiten, also auch durch den flüssigen äußeren Erdkern gehen. Transversalwellen (s-Wellen) breiten sich seitlich zu ihrer Fortpflanzungsrichtung aus. Licht bzw. elektromagnetische Wellen sind Transversalwellen. Sie können sich allerdings nicht in Flüssigkeiten ausbreiten.

Der hohen Temperaturen bzw. der geschmolzene äußere Kern haben ihre Ursache in thermischer Energie, welche vom Erdentstehungsprozess noch übrig blieb und aufgrund von radioaktiven Zerfallsprozessen noch weiterhin nachgeliefert wird. Die flüssige Materie liegt zum Teil als Plasma vor, besteht also aus geladenen Teilchen. Durch die Erdrotation bilden die geladenen Teilchen einen elektrischen Strom, welcher zu einem Dynamoprozess führt und annähernd ein Dipolfeld generiert. Dieses hat am Erdäquator eine Stärke von 0,31 Gauß. Die Magnetfeldachse dieses Feldes ist um 12° gegenüber der Rotationsachse der Erde geneigt. Das Magnetfeld der Erde ändert sich in Perioden von etwa Zehntausend bis Hunderttausend Jahren. Zurzeit nimmt die Feldstärke langsam ab. Die Magnetosphäre der Erde wird auf der sonnenzugewandten durch den Sonnenwind (Teilchenstrahlung der Sonne)  gestaucht und reicht dort etwa 10 Erdradien weit in den Raum. Auf der sonnenabgewandten Seite der Erde bildet die Magnetosphäre hingegen einen Schweif, welcher etwa 100 Erdradien in den Raum reicht. Die Magnetosphäre schützt die Erde vor für Leben gefährlicher Teilchenstrahlung aus dem Weltraum.

Die Erdkruste bildet keine durchgehende Schicht, sondern besteht aus Platten. Diese Platten werden von großen Blöcken gebildet, welche auf dem flüssigen Erdmantel (wo Silikate wie Olivin vorkommen) schwimmen. Die Erdplatten unterliegen daher dynamischen Prozessen, wie in der Theorie der Plattentektonik von 1960 beschrieben wird. Bereits im Jahre 1915 stellte Alfred Wegener (1880 – 1930) seine Theorie über die Kontinentalverschiebung auf. Ursprünglich gab es einen Urkontinent, welcher Pangäa genannt wird. Durch die Plattentektonik driftete der Kontinent jedoch auseinander und es bildete sich die heute bekannte Verteilung der Kontinente auf der Erde heraus. Durch die Verteilung der Kontinente werden die Meeresströmungen bestimmt, welche wiederum wesentlichen Einfluss auf das Erdklima haben.

Die Erdoberfläche hat eine Fläche von rund 510 Millionen km², wovon 71 Prozent mit Wasser (Ozeane und Meere) bedeckt sind. Auf ihrer Landfläche gibt es unterschiedliche Formationen wie flache Ebenen, hügelige Landschaften und Gebirge. Des Weiteren ist die Landschaft, entsprechend dem lokalen Klima, von unterschiedlen Formen von Leben geprägt. Als Nulllinie, worauf sich Höhen und Tiefen auf der Erdoberfläche beziehen, wird die sogenannte mittlere Meereshöhe (Normalnull) definiert. So bildet der Mount Everest mit einer Höhe von 8.848 Metern den höchsten Punkt auf der Erde, während der Marianengraben mit einer Tiefe von 11.000 m den tiefsten Punkt auf der Erde bildet. Die mittlere Tiefe der Ozeane und Meere beträgt etwa 3.500 m. Den tiefsten frei zugänglichen Punkt der Erdoberfläche bildet das Tote Meer, dessen Meeresspiegel und Ufer etwa 423 m unter Normalnull liegen. Durch zivilisatorischen Einfluss hat sich die Oberfläche der Erde stark verändert.

Die geologische und die biologische Entwicklung der Erde werden in mehrere Phasen eingeteilt. Diese sollen nachfolgend kurz zusammengefasst werden. So fanden zur Zeit des Präkambriums vor mehr als 590 Millionen Jahren drei Gebirgbildungsphasen statt, welche als Laurentische, Algonische und Assynitische Gebirgsbildungen bezeichnet werden. Die Algenzeit (Eophytikum) begann vor 590 – 500 Millionen Jahren, geologisch wird diese Zeit Kambrium genannt. Zur Zeit des Ordoviziums vor 505 – 438 Millionen entstanden die ersten Wirbeltiere. Vor 438 – 408 Millionen Jahren, im geologischen Zeitalter des Silurs, traten Trilobiten („Dreilapper“, ausgestorbene Gliederfüßler) und die ersten Gefäßpflanzen auf. Der Panzerfisch trat erstmals  im Devon-Zeitalter, vor 408 – 360 Millionen Jahren, und Gefäßsporenpflanzen erstmals vor 360 – 286 Millionen Jahren, am Ende des Karbon-Zeitalters, auf. Am Beginn des Perm-Zeitalters, vor 286 – 248 Millionen Jahren, entstanden die ersten Reptilien. Die Zeit der Saurier begann mit dem Trias-Zeitalter vor 248 – 213 Millionen Jahre und endete, vermutlich aufgrund eines Einschlags von einem Kleinkörper, vor 65 Millionen Jahre. Die ersten Bedecktsamer und Vögel entwickelten sich in der Kreidezeit vor 144 – 65 Millionen Jahren. Die ersten Menschen traten in der Quartär-Zeit vor rund 2 Millionen Jahren auf und existieren bis heute.

Die Erdatmosphäre bestand ursprünglich aus molekularem Wasserstoff (H2), Helium (He) und Wasserstoffverbindungen, darunter auch Wasser. Durch Vulkanismus und Entgasungsprozesse wurde die Erdatmosphäre mit molekularem Stickstoff (N2), Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasser (H2O) und Argon angereichert. Mit molekularem Sauerstoff (O2) wurde die Erde erst aufgrund der Photosynthese angereichert, welche vor etwa 2,5 Milliarden Jahren einsetzte und biologischer Natur ist. Damit bestimmt das Leben auf der Erde die heutige Zusammensetzung der Erdatmosphäre mit. Sie beseht heute zu 78,02 Volumenprozent aus Stickstoff (N2), zu 20,95 Volumenprozent aus Sauerstoff (O2), zu 0,934 Volumenprozent aus Argon (Ar), zu 0,033 Volumenprozent aus Kohlenstoffdioxid (CO2), zu 0,0018 Volumenprozent aus Neon (Ne), zu 0,0018 Volumenprozent aus Helium (He), zu 0,00015 Volumenprozent aus Methan (CH4) und zu rund 0,0001 Volumenprozent aus Wasserdampf (H2O).

Die Atmosphäre der Erde gliedert sich in verschiedene Schichten. Die unterste ist die Troposphäre, welche von der Erdoberfläche bis in eine Höhe von 15 km reicht. In ihr finden das Wettergeschehen und das Erdklima statt. Bis zu ihrer maximalen Höhe nimmt die Temperatur der Troposphäre auf
-50°C ab. Der Troposphäre schließt sich die Stratosphäre an, welche bis in eine Höhe von 50 km reicht. In ihr steigt die Temperatur leicht auf -20°C an. Die Mesosphäre folgt auf die Stratosphäre. Sie reicht bis in eine Höhe von 90 km, wobei die Temperatur in dieser Höhe wieder auf -100°C abnimmt. Der Mesosphäre schließt sich die Ionosphäre an, welche bis in eine Höhe von 700 km reicht. Der Bereich von 90 bis 250 km wird als Thermosphäre bezeichnet, da in diesem Bereich die Temperatur auf bis zu 1.500 K ansteigt. In der Ionosphäre kommt es zur Ionisation der Atome bzw. Moleküle, daher ihr Name. Sie schützt das Leben auf der Erde vor der extrem kurzwelligen Röntgen- und Gammastrahlung. Ihr äußerer Bereich, der fließende Übergang zum Weltraum, wird als Exosphäre bezeichnet. Aufgrund der stärkeren Streuung des kurzwelligeren blauen Anteils des Lichts in der Atmosphäre erscheint diese bläulich. Aus dem gleichen Grund erscheint die Sonne bei ihrem Auf- und Untergang rötlich. In diesem Fall erreicht nur noch der langwelligere rötliche Anteil des Lichts den Beobachter, da der blaue Anteil weggestreut wird. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen der ultravioletten Strahlung der Sonne mit dem irdischen Sauerstoff (O2) entsteht in einer Schicht von etwa 10 bis 40 km Höhe Ozon (O3):

302 ↔2O3

Die Ozonschicht schützt die Erde vor kurzwelligerer ultravioletter Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 und 210 Nanometer (nm = 10-9 m). Dieser Bereich ist für biologisches Leben schädlich.

Das Klima und das Wettergeschehen auf der Erde werden durch die Sonneneinstrahlung und die Rotation der Erde bewirkt. Aufgrund der Neigung der Erdachse von rund 23,5° gibt es auf der Erde vier Jahreszeiten und unterschiedliche Klimazonen. Die Klimazonen auf der Erde sind die Polargebiete, die subpolaren Gebiete, die gemäßigten Zonen, die Subtropen und die Tropen. Die Polargebiete befinden sich jeweils am geografischen Nord- und Südpol der Erde. Diese Gebiete sind von einer dicken Eisschicht überzogen, welche als Polkappen bezeichnet werden. Dort werden die niedrigsten Temperaturen auf der Erde erreicht. Die Tropen befinden sich im Bereich des Erdäquators. Dort werden die höchsten Temperaturen erreicht. Die anderen Zonen finden sich jeweils dazwischen. Die subpolaren Gebiete sind der Übergangsbereich zwischen den Polargebieten und den gemäßigten Zonen, während die Subtropen den Übergangsbereich zwischen den gemäßigten Zonen und den Tropen bilden. Die Durchschnittstemperatur auf der Erde beträgt 14°C. Die Temperaturen auf der Erde überdecken eine Spannbreite von -89°C bis +58°C.

Die Zirkulationen in der Erdatmosphäre haben ihre Ursache in der Sonneneinstrahlung und der Rotation der Erde. Es bildeten sich dabei sogenannte Hochdrucksysteme und Tiefdrucksysteme aus, zwischen denen ein Druckunterschied herrscht. Druckunterschiede bewirken wiederum Winde und Stürme. Angetrieben wird die Zirkulation durch die Erwärmung der Erdoberfläche (Landmassen und Wassermassen). Diese erhitzen wiederum die darüber liegenden Atmosphärenschichten. Warme Luft steigt auf und die kühlere sinkt nach unten, was als Konvektion bezeichnet wird. Durch die Rotation der Erde kommt es bei diesem Vorgang auch zur Zirkulation der Luftschichten. Große thermische Speicherkapazität haben auch die Wassermassen auf der Erde (Ozeane und Meere). Ihre Strömungen transportieren auch große Menge an thermischer Energie, was wesentlich zu der heute herrschenden Temperaturverteilung beiträgt.

Der Mond ist ein natürlicher Satellit bzw. Trabant der Erde. Aufgrund der Größenverhältnisse zwischen Erde und Mond wird auch von einem Doppelplaneten-System gesprochen. Der Durchmesser des Mondes beträgt 3.476 km und damit rund ein Viertel des Erddurchmessers. Im Sonnensystem ist der Mond damit der fünftgrößte Trabant. Die Entfernung zwischen Erde und Mond bewegt sich in einem Bereich von 363.300 km bis 405.500 km. Die mittlere Entfernung beträgt 384.400 km. Die Masse des Mondes beträgt 1/81 der Erdmasse. Aufgrund der geringen Oberflächengravitation kann der Mond keine Atmosphäre halten. Die mittlere Dichte des Mondes beträgt 3,3 g/cm³.

Aufnahme des Mondes
Bild 2: Der Mond / Quelle NASA

Der Mond rotiert in rund 27,3 Tagen um seine eigene Achse, im Prinzip genauso lange wie er für einen Umlauf um die Erde benötigt. Dadurch ist, abgesehen von leichten Schwankungen, der Erde immer dieselbe Mondseite zugewandt. In diesem Fall wird von einer gebundenen Rotation gesprochen. Sie kommt durch die Gezeitenwirkung (periodische Verschiebung von Massen aufgrund der Gravitation) zwischen Erde und Mond zustande. Eine Nacht oder ein Tag auf den Mond dauern jeweils rund 14 Tage. Dabei schwankt die Temperatur zwischen -160°C und +130°C. Aufgrund von leichten Schwankungen können etwa 59 Prozent der Mondoberfläche von der Erde aus gesehen werden. Ursachen hierfür sind, dass sich während eines Mondumlaufs auch die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne weiterbewegt. Des Weiteren ist die Mondbahn bezogen auf die Erdbahnebene (Ekliptik) um 5,145° geneigt und ihre Exzentrizität (Abweichung von der Kreisbahn) beträgt 0,0549. Die Neigung der Mondachse hat einen Wert von 6,68°. Besonders auffällig sind die Phasen des Mondes.

Bild 2: Der Mond / Quelle Ralf Schmidt

Es wird in der Regel zwischen der siderischen und der synodischen Umlaufzeit des Mondes unterschieden. Erstere bezieht sich auf die Sterne und beträgt 27,32 Tage. Letztere auf den Durchlauf der Mondphasen, etwa von Vollmond zu Vollmond, und beträgt 29,5 Tage. Wie oben bereits beschrieben, bewegt sich auch die Erde auf ihrer Bahn weiter, so dass der Mond bis zum Wiedererreichen einer bestimmten Phase etwas nachlaufen muss. Die Mondphasen kommen durch die Stellung von Erde, Mond und Sonne zueinander zustande. Bei Halbmond stehen die drei Himmelsobjekte in einem Winkel von 90° zueinander. Bei Vollmond steht der Mond in Opposition zur Sonne (180° voneinander an der Himmelskugel entfernt) bzw. die Erde steht zwischen Sonne und Mond. Wenn Sonne und Mond in Konjunktion zueinander stehen(0°), also zusammen etwa am gleichen Himmelsort, ist Neumond. Alle anderen Phasen des Mondes ergeben sich aus den Stellungen dazwischen.

Bild 3: Der Vollmond / Quelle Ralf Schmidt

Aufgrund der Neigung der Mondbahn gegenüber der Erdbahnebene wandert der (Neu-)Mond in der Regel unterhalb oder oberhalb an der Sonne vorbei. Befindet sich der Mond jedoch im Bereich seiner Bahnknoten, der Schnittebene der Mond- und Erdbahnebene, kommt es zu einer Bedeckung der Sonne durch den Mond. Am Himmel betragen die scheinbaren Größen von Mond und Sonne etwa 1/2°, so dass sie etwa gleichgroß sind. Je nach Entfernung des Mondes von der Erde zum Zeitpunkt einer Finsternis erfolgt eine vollständige Bedeckung (totale Sonnenfinsternis) oder die scheinbare Mondscheibe ist etwas kleiner als die scheinbare Sonnenscheibe, womit es dann zu einer ringförmigen Sonnenfinsternis kommt. Von einer partiellen Sonnenfinsternis oder auch Mondfinsternis wird gesprochen, wenn von einem bestimmten Ort der Erde die Himmelskörper nur teilweise bedeckt bzw. verfinstert sind und die Totalitätsphase von dort aus nicht beobachtet werden kann. Die Mondfinsternis kommt ebenfalls nur zustande, wenn sich der Vollmond im Bereich seiner Bahnknoten aufhält. In diesem Fall wandert der Mond durch den Erdschatten und wird verfinstert. Wenn Neumond ist, dann ist vom Mond aus gesehen die Erde voll beleuchtet. Kurz nach oder vor Neumond kann zeitweise schwach der ganze Mond wahrgenommen werden. Hierbei handelt es sich um von der Erde aus zum Mond reflektiertes Sonnenlicht, in diesem Fall wird vom „Aschgrauen Licht“ des Mondes gesprochen. Bei Vollmond liegt die scheinbare Helligkeit bei -12m,5. Das Albedo (Rückstrahlungsvermögen) der Mondoberfläche beträgt 0,12.

Bild 4: Krater und Maria auf dem Mond / Quelle Ralf Schmidt

Die auffälligsten Strukturen auf der Mondoberfläche sind die Krater, die mit Kratern durchsetzten Terrae (lateinisch für Hochländer) und die mit Flutbasalten gefüllten Maria (lateinisch für Meere). Bei letzteren handelt es sich natürlich nicht um Meere, da auf dem Mond kein Wasser in flüssiger Form existieren kann. Die Maria stellen sehr große Einschlagbecken aus der Anfangszeit des Mondes dar, welche in eine Phase von aktivem Vulkanismus auf dem Mond fielen. Aus dem Inneren des Mondes hervorbrechende Lavaströme füllten diese Becken dann. Einschlagbecken, welche sich nicht mit Lava füllten, werden einfach als Becken bezeichnet. Die Mondkrater gehen ebenfalls auf Impakte (Einschläge) zurück, welche vor allem in der Anfangszeit des Sonnensystems vor rund 3,8 Milliarden Jahren stattfanden.