Die Erde ist der größte der vier inneren Gesteinsplaneten des Sonnensystems, zu denen außer unserem Heimatplaneten noch der Merkur, die Venus und der Mars gehören. Sie entstand vor rund 4,5 Milliarden Jahren, als ein begrenztes Gebiet in einer protoplanetaren Materiescheibe anfing, langsam zu kontrahieren. Zunächst bildeten sich in dem Bereich viele lokale Zusammenballungen von Staubteilchen, die schließlich immer größer wurden und teilweise miteinander verschmolzen. Durch die zunehmende Dichte entwickelten sich erst einige Meter große Ansammlungen, die weitere Teilchen anzogen, unter anderem auch andere ähnlich große Zusammenballungen. Mit der Zeit entstanden auf diese Weise einige Kilometer große Planetesimale – Vorläufer von Proto-Planeten.
Die Planetesimale kollidierten miteinander, wodurch nach und nach ein Protoplanet geboren wurde, dessen Inneres sich durch die freigewordene Kollisionsenergie aufgeheizt hatte. Bei einer Temperatur von etwa 2.000 Grad Celsius fanden verschiedene chemische Prozesse statt, welche die Erzeugung von eisenliebenden und steinliebenden Schmelzen nach sich zog. Wegen ihrer höheren Dichte bewegten sich die Eisenschmelzen langsam in Richtung Zentrum der Gravitationskraft, wo sie sich anreicherten und den Eisen-Nickel-Kern bildeten. Die etwas leichteren Verbindungen sammelten sich in mehreren Schichten über dem Eisen-Nickel-Kern an, und wurden zum Erdmantel. Am Ende dieses Prozesses entstand ein junger, sehr heißer Planet, dessen Oberfläche im Laufe der nächsten Millionen Jahre abkühlte. Der innere Aufbau der Erde ist demnach eine Folge dieses Entstehungsprozesses und ermöglicht auch Rückschlüsse auf selbigen.
Erdkern
Der Erdkern ist das Zentrum unseres Planeten. Seismische Analysen haben gezeigt, dass er aus zwei Bereichen besteht: dem festen inneren Kern und dem flüssigen äußeren Kern.
– Innerer Erdkern
Der innere Erdkern besteht hauptsächlich aus Eisen und einem Anteil Nickel. Hinzu kommen geringe Anteile von anderen Elementen, etwa verschiedene Metalle und auch Silizium, Schwefel und Sauerstoff. Der innere Kern hat einen Durchmesser von rund 2.550 Kilometern und besitzt einen festen Aggregatzustand. Er ist trotz einer Temperatur von ungefähr 6.700 Grad Celsius fest, weil auf ihm ein Druck von vier Millionen Bar lastet.
– Äußerer Erdkern
Über dem inneren Kern liegt der äußere Kern. Er ist circa 2.200 Kilometer dick und besteht aus einer Schmelze aus Eisen und Nickel, das heißt, er ist flüssig. Eventuell gibt es auch hier geringe Anteile anderer Elemente. Die Temperatur beträgt nur noch 2.900 Grad Celsius, also weniger als die Hälfte der Temperatur des inneren Kerns. Die gigantische Menge geschmolzenen Metalls rotiert und erzeugt durch die Rotation und Konvektionsströmungen das planetare Magnetfeld der Erde.
Erdmantel
Auch der Erdmantel wird in zwei Bereiche gegliedert: in den unteren und den oberen Mantel.
– Unterer Mantel
Der untere Mantel befindet sich als durchgehende Schicht über dem äußeren Erdkern und wird durch eine Grenzschicht, die sogenannte Kern-Mantel-Grenze, von selbigem getrennt. Diese Grenzschicht stellt allerdings keine dünne, scharfe Grenze dar, sondern vielmehr einen kontinuierlichen Übergang. Bei einer Dicke zwischen 200 und 300 Kilometern kommt es in der Übergangszone zu chemischen und physikalischen Wechselwirkungen zwischen den Bestandteilen des äußeren Erdkerns und des unteren Erdmantels. Der untere Erdmantel ist rund 2.000 Kilometer dick und trotz seines festen Aggregatzustandes plastisch verformbar (je tiefer, desto verformbarer), was auf die extremen Druck- und Temperaturbedingungen in den betreffenen großen Tiefen zurückzuführen ist.
Aufgrund des hohen Temperaturgradienten zwischen Erdkern und Erdoberfläche finden im unteren Mantel massive Konvektionsprozesse statt, die durch die plastische Verformbarkeit der beteiligten Gesteine begünstigt werden. Dabei bewegen sich ausgedehnte Blasen aus heißerem Gestein (Diapire genannt) nach oben, während kühleres Gestein nach unten sinkt. Die Konvektionsströmungen innerhalb des Erdmantels agieren als ein Antriebsmechanismus für die Kontinentalverschiebung und können vulkanische Aktivitäten hervorrufen, wenn die Diapire mit der Lithosphäre (siehe unten) in Wechselwirkung treten.
– Oberer Mantel
Der obere Mantel umschließt den unteren Mantel und reicht inklusive der Übergangszone bis in eine Tiefe von ungefähr 900 Kilometer hinab. In der rund 300 Kilometer dicken Übergangszone existieren mehrere verhältnismäßig dünne Grenzschichten, die man als Diskontinuitäten bezeichnet und die zusätzlich die Tiefe benennen, in der sie auftreten. So gibt es eine so genannte 410-km-Diskontinuität in einer durchschnittlichen Tiefe von 410 Kilometern, in der die dort befindlichen Olivin-Minerale einen Phasenübergang durchmachen und einen wesentlich dichteren Zustand annehmen. Weitere Diskontinuitäten gibt es in Tiefen von circa 520 Kilometern und 700 Kilometern, an denen allerdings andere Minerale und Phasenübergänge beteiligt sind. Die Diskontinuitäten zeigen ein verändertes Reflektionsverhalten von seismischen Wellen und können daher mit entsprechend empfindlichen Instrumenten sichtbar gemacht werden.
– Asthenosphäre
Die Asthenosphäre ist Teil des oberen Erdmantels und weist keine einheitliche Dicke auf, da selbige von vielen Faktoren abhängt, beispielsweise von der Mächtigkeit der über ihr liegenden Lithosphäre. Die chemische Zusammensetzung der Asthenosphäre ist weitgehend identisch mit der des gesamten oberen Erdmantels. Sie unterscheidet sich jedoch etwas vom oberen Erdmantel, was die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen in ihr betrifft. Im Bereich der Asthenosphäre lässt sich ein leichter Rückgang der Ausbreitungsgeschwindigkeit feststellen, was in dem englischen Begriff Low-Velocity-Zone zum Ausdruck kommt. Ein Großteil des für vulkanische Aktivitäten benötigten Magmas stammt aus dem Bereich der Asthenosphäre.
Erdkruste
– Lithosphäre
Auf der zum Teil geschmolzenen Asthenosphäre schwimmt gewissermaßen der lithosphärische Mantel, der zusammen mit der eigentlichen Erdkruste als Lithosphäre bezeichnet wird. In ihr finden die plattentektonischen Prozesse statt, die eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Erdoberfläche spielen und im Laufe von Millionen Jahren zum Beispiel Gebirgsketten entstehen lassen. Die Dicke der Lithosphäre schwankt erheblich in Abhängigkeit von dem Ort, an dem man sie misst. Während sie unter den ozeanischen Rücken mit nur wenigen Kilometern Dicke besonders fragil ist, kann sie direkt unter den Kontinenten eine Dicke von bis zu 200 Kilometern erreichen.
Die Lithosphäre wird in sieben Hauptplatten und mehrere kleinere Platten unterteilt, die sich aufeinander zu oder voneinander wegbewegen, wobei es in den Grenzbereichen vermehrt zu tektonischen Ereignissen wie Erdbeben oder auch zu vulkanischer Aktivität kommt. Bewegen sich zwei Platten aufeinander zu, schiebt sich eine Platte unter die andere – Subduktion genannt. Entfernen sie sich voneinander, reißt die Erde auf und es dringt Magma an die Oberfläche, wodurch frische Erdkruste gebildet wird. Dies geschieht in den ozeanischen Rücken. Desweiteren gibt es noch die Bewegung quer zueinander. Diese Bewegung führt aufgrund der auftretenden Spannungen zu heftigen Erdbeben, wenn der aufgebaute Druck sich plötzlich entlädt.