Ein Großteil der Hitze stammt noch aus den Kindertagen der Erde, als sich Staub und Gesteinsbrocken zu einem Planeten verdichteten. Das Wort „verdichten“ klingt allerdings etwas zu harmlos: In Wirklichkeit muss man sich das vorstellen, wie viele große Meteoriteneinschläge – jeder Einschlag eine gigantische Explosion, die den jungen Planeten aufheizte und das Material schmolz.

Seitdem ist es etwas ruhiger geworden und die Erde kühlt sich wieder ab. Das tut sie allerdings äußerst langsam, die Hitze im Erdinneren kann nur sehr langsam in das Weltall entweichen. Heiße Magmaströme im zähen Erdmantel transportieren die Wärme nach oben. Dort bleibt sie unter der starren Erdkruste wie unter einem Deckel eingeschlossen. Nur langsam gibt das Krustengestein die Wärme ins Weltall ab.

Außerdem wird im Inneren der Erde immer noch Wärme nachproduziert. Das liegt daran, dass die Erde in ihrem Kern eine Menge radioaktiver Stoffe wie beispielsweise Uran besitzt. Seit der Entstehung unseres Planeten zerfallen sie und geben dabei über einen sehr lange Zeitraum Wärme ab. Dieser „Brennstoff“ reicht noch für viele Milliarden Jahre.

Diese Wärme heizt das Grundwasser auf, es steigt nach oben und entweicht an der Erdoberfläche als Wasserdampf oder als heißes Wasser. So entstehen Dampf- und Thermalquellen. In Deutschland sind die Städte Wiesbaden und Baden-Baden bekannt für ihre Thermalquellen und Bäder. Solche Quellen können sehr heiß sein, in der Toskana gibt es zum Beispiel Dampfquellen mit 230 Grad Celsius. Aus dieser Wärme gewinnen auch Geothermiekraftwerke Strom.

Manche dieser heißen Quellen liefern ein spektakuläres Naturschauspiel: Plötzlich schießt eine Fontäne aus heißem Wasser aus dem Boden. Die berühmteste dieser Springquellen oder Geysire ist der „Old Faithful“ im Yellowstone Nationalpark in den USA. Etwa alle 90 Minuten spuckt er für einige Minuten eine Wasserfontäne fast 50 Meter in die Höhe. Der Grund: Unter der Öffnung eines Geysirs führt ein langer, dünner Spalt in die Tiefe, der mit Wasser gefüllt ist. Unten ist es kochend heiß, doch das kühlere Wasser im Spalt versperrt den Ausgang. Erst wenn es in der Tiefe heiß genug ist, reicht der Druck, um auf einen Schlag das gesamte Wasser herauszuschleudern: Der Geysir „springt“. Nach dem Ausbruch füllt sich der Spalt wieder mit kaltem Grundwasser und das Aufheizen beginnt von vorne.

Im Wasser und im Dampf der heißen Quellen sind Gase und Salze enthalten, zum Beispiel Kohlendioxid oder Schwefelverbindungen. Einige dieser Stoffe stammen aus dem Magma, andere wurden auf dem Weg durch verschiedene Gesteinsschichten aufgenommen. An der Oberfläche werden die Gase frei, darunter Schwefelwasserstoff, ein Gas, das nach faulen Eiern riecht. Andere Mineralien lagern sich ab, wenn sie an der Erdoberfläche abkühlen. Sie bilden dann eine Kruste, die man auch Sinter nennt. In der türkischen Stadt Pamukkale haben solche Sinter aus Kalk ganze Terrassen geformt.

Heiße Quellen gibt es auch unter Wasser, nämlich am Meeresboden. Schwarze Wolken dringen dort aus Gebilden, die aussehen wie Schornsteine. Es sind die sogenannten Schwarzen Raucher. Was aus ihnen heraussprudelt ist allerdings kein Ruß, sondern bis zu 400 Grad heißes Mineralwasser. In diesem Wasser sind große Mengen an Metallen wie Zink, Eisen oder Kupfer als Schwefelsalze gelöst. Diese Schwefelverbindungen im Wasser sind es, die die heißen Unterwasserquellen schwarz färben.

Vor gut 4,5 Milliarden Jahren verdichteten sich Kometen, Asteroiden, Gas und Staub zu unserem Planeten. Die eigene Schwerkraft presste diese Einzelteile zusammen, so dass sie einem starken Druck ausgesetzt waren. Am höchsten war dieser Druck natürlich im Erdkern, auf dem das Gewicht der gesamten äußeren Schichten lastete. Als Folge des hohen Drucks wurde das Gestein stark aufgeheizt und geschmolzen. Nach außen wurden der Druck und damit auch die Temperatur weniger. Trotzdem blieb die Erdoberfläche noch mehrere hundert Millionen Jahre lang sehr heiß und konnte sich nicht abkühlen und verfestigen.

Um den Grund hierfür zu verstehen, mussten die Wissenschaftler den Mond anschauen: Uralte Mondkrater aus der Entstehungszeit des Sonnensystems verraten uns, dass der Mond in seinen jungen Jahren von zahlreichen Meteoriten getroffen wurde. Man geht deshalb davon aus, dass auch die Erde zur gleichen Zeit einem regelrechten Gesteinsbombardement aus dem All ausgesetzt war. Die Brocken stürzten mit hoher Geschwindigkeit auf die Erde – und entsprechend heftig waren die Einschläge: Schon Brocken von einigen hundert Tonnen konnten locker eine Explosion von der Stärke einer Atombombe verursachen!

So wurde die Erdoberfläche noch lange Zeit weiter aufgeheizt, immer wieder aufgewühlt und blieb so flüssig. Erst als nach einigen hundert Millionen Jahren die Einschläge allmählich nachließen, sanken die Temperaturen an der Erdoberfläche. Das Gestein konnte langsam erstarren und eine Erdkruste bilden, die im Laufe weiterer Jahrmillionen immer dicker wurde. Doch bis heute ist sie nur eine hauchdünne Schicht, die auf einem zähflüssigen, heißen Erdinneren schwimmt.

In unserem Sonnensystem gibt es nicht nur die Sonne, Planeten und Monde. Man hat auch viele kleine Gesteins- und Metallbrocken entdeckt. Sie sind wesentlich kleiner und nicht so schön rund wie Planeten, daher nennt man sie Kleinplaneten oder Asteroiden. Wie ihre großen Geschwister kreisen sie auf regelmäßigen Bahnen um die Sonne. Die meisten Asteroiden findet man im „Asteroidengürtel“ zwischen der Mars- und der Jupiterbahn.

Ab und zu stoßen zwei dieser Asteroiden zusammen. Bei einem solchen Crash entstehen jede Menge Trümmer und Splitter. Diese fliegen von der bisherigen Umlaufbahn weg, quer durch das Sonnensystem. Manche von ihnen geraten in die Nähe der Erde, werden von ihr angezogen und stürzen auf die Erde. Diese abstürzenden Brocken nennt man auch Meteorit.

Auf der Erde würden sie buchstäblich wie ein Stein vom Himmel fallen – wenn es nicht die Atmosphäre gäbe. Denn die Meteoriten sind so schnell, dass die Luft gar nicht schnell genug zur Seite ausweichen kann. Die Luft vor dem abstürzenden Steinbrocken wird zusammengedrückt und dadurch extrem heiß. Die Luft fängt an zu glühen, und der Meteorit beginnt zu verdampfen. Das können wir dann als leuchtenden Streifen sehen, der über den Himmel zieht – eine Sternschnuppe.

Die meisten Meteoriten sind so klein, dass sie auf dem Weg durch die Luft vollständig verglühen. Die Leuchtspur endet dann einfach am Himmel. Größere Trümmer verlieren zwar unterwegs auch an Masse, verdampfen aber nicht ganz. Sie erreichen den Erdboden und schlagen dort ein.

Was diese Meteoriten auf der Erde anrichten, hängt davon ab, wie groß sie sind. Kleine Meteoriten mit einigen Zentimetern Durchmesser hinterlassen zum Beispiel gerade mal eine Delle in einem Autodach.

Der größte bekannte Meteorit schlug vor etwa 65 Millionen Jahren ein. Er hatte einen Durchmesser von mehreren Kilometern und riss einen Krater von 180 Kilometern Durchmesser. Der Einschlag schleuderte so viel Staub in die Luft, dass die Sonne für hunderte von Jahren verdunkelt wurde. Dadurch starben auf der ganzen Welt Pflanzen und Tiere aus – dies war das Ende der Dinosaurier.

Zum Glück sind solche großen Meteoriten sehr selten, so dass wir uns keine Sorgen machen müssen. Außerdem können wir – anders als die Dinosaurier – mit Teleskopen den Himmel beobachten und solche großen Asteroiden lange vor dem Einschlag entdecken.

Während eine Sternschnuppe in wenigen Sekunden verglüht, bleibt eine andere Erscheinung länger sichtbar: Kometen mit ihrem Schweif stehen Tage oder Wochen am Himmel. Auch ihnen haben die Menschen früher viele Eigenschaften angedichtet – als göttliche Zeichen, Verkünder von Unheil oder Vorbote freudiger Ereignisse. Doch die Wahrheit ist etwas weniger spektakulär.

Astronomen nennen Kometen auch „schmutzige Schneebälle“. Sie kommen aus dem äußeren Sonnensystem, weit entfernt von der wärmenden Kraft der Sonne. Dort ist es so kalt, dass Wasser sofort zu Eis gefriert. So bilden sich Klumpen aus Eisbrocken und Staub – schmutzige Schneebälle eben.

Auch ein Komet zieht zunächst weit entfernt von der Sonne seine Bahn – bis er durch einen Zusammenstoß umgelenkt wird und in Richtung des inneren Sonnensystems fliegt. Er kommt der Sonne näher und empfängt mit der Zeit immer mehr Licht und Wärme. Dadurch fängt die gefrorene Oberfläche an, aufzutauen und sogar zu verdampfen. So entsteht eine Hülle aus Wasserdampf und Staub um den Kometen.

Gleichzeitig bekommt der Komet den „Sonnenwind“ zu spüren – das sind winzige Teilchen, die mit hoher Geschwindigkeit aus der Sonne heraus fliegen. Sie treffen auf die Dampfhülle des Kometen. Dadurch wird die Dampfhülle des Kometen weg geblasen, so dass sie eine längliche Wolke bildet, die von der Sonne weg zeigt. Wenn diese Wolke dann vom Sonnenlicht getroffen wird, erscheint sie als leuchtender Streifen – der Schweif des Kometen.

Der Komet fliegt einen Bogen um die Sonne und entfernt sich dann wieder. Wenn er weit genug von der Sonne weg ist, hört auch das Auftauen und Verdampfen auf. Der Schweif verschwindet und der Komet zieht als schmutziger Schneeball durch die Weiten des äußeren Sonnensystems. Je nach Kometenbahn dauert es viele Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte, bis er wieder in die Nähe der Sonne kommt.

Egal ob Lavalampe, Wasser im Kochtopf oder Erdmantel, der Grund ist immer gleich: Wenn eine Flüssigkeit erwärmt wird, steigen warme Blasen nach oben. Das liegt daran, dass die winzigen Teilchen, aus denen sie besteht, sich bei zunehmender Temperatur immer stärker hin und her bewegen. Dafür brauchen sie mehr Platz und drängeln sich nicht mehr so eng zusammen. Im gleichen Volumen sind jetzt weniger Teilchen als in der Umgebung, es ist also leichter und steigt nach oben. Dort kühlt diese Blase wieder ab und die Teilchen brauchen weniger Platz. Das Volumenstück wird schwerer als die Umgebung, sinkt wieder ab und der Kreislauf beginnt von vorne. Wenn eine Flüssigkeit wegen eines Temperaturunterschieds im Kreis fließt, spricht man auch von Konvektion.

Bei einer Lavalampe bringt die Wärme der Lampe die Flüssigkeit in Bewegung. Im Erdinneren ist der heiße, feste innere Erdkern die Wärmequelle. Er erwärmt das darüber liegende flüssige Metall des äußeren Erdkerns. Dieses steigt nach oben und gibt seine Wärme an den Erdmantel weiter, wodurch es allmählich abkühlt. Dann sinkt es wieder nach unten, wo es sich erneut erhitzt.

Ein zweiter, ähnlicher Kreislauf findet im Erdmantel statt: Sein aufgeheiztes Gestein bewegt sich vom Kern nach oben in Richtung Erdkruste, an die es wiederum Wärme abgibt. Nachdem es sich abgekühlt hat, fließt es abwärts zum Erdkern, wo der Kreislauf erneut beginnt. Weil das Erdmantelgestein sehr zäh ist, bewegt es sich die Konvektionsströmung nur wenige Zentimeter pro Jahr – so dauert ein Kreislauf eine lange Zeit.

Durch die Gesteinsströme im Erdinneren wirken große Hitze und Druck auf die dünne Erdkruste. Nicht immer kann sie dem Stand halten: Ab und zu reißt sie an einzelnen Stellen auf und heißes Erdgestein entweicht durch Vulkane an die Erdoberfläche.

Doch im Laufe der Zeit änderte sich das: Die schwereren Stoffe sanken nach unten zum Erdmittelpunkt – vor allem Metalle. Gesteine hingegen waren etwas leichter und stiegen nach oben, die leichtesten bis zur Erdoberfläche. Dort kühlten sie langsam ab und erstarrten.

So trennte sich das Material der Erde in die drei kugelförmigen Schichten, die wir heute kennen. Man kann sich den Aufbau der Erde vorstellen wie einen Pfirsich: Außen ein hauchdünne „Schale“ aus leichtem, festem Gestein – die Erdkruste. Sie ist im Durchschnitt nur 35 Kilometer dick.

Unter der Kruste befindet sich das „Fruchtfleisch“ – der fast 3000 Kilometer mächtige Erdmantel aus schwerem zähflüssigem Gestein. Und im Inneren der Erde liegt der Erdkern aus den Metallen Eisen und Nickel.

Der Erdkern selbst besteht zunächst aus einer etwa 2200 Kilometer dicken äußeren Schicht, dem äußeren Kern. Dort ist es über 5000 Grad Celsius heiß, deshalb ist das Metall geschmolzen und so dünnflüssig wie Quecksilber.

Ganz innen liegt der innere Kern, etwas kleiner als der Mond. Er ist mit über 6000 Grad Celsius noch etwas heißer als der äußere Kern – aber überraschenderweise fest. Das liegt daran, dass mit zunehmender Tiefe nicht nur die Temperatur steigt, sondern auch der Druck. Die äußeren Schichten, die auf dem Erdkern lasten, drücken sein Material so unvorstellbar stark zusammen, dass es sich nicht verflüssigen kann.

Ähnlich wie mit einem Röntgengerät können Geologen ins Erdinnere schauen, ohne die Erde aufschneiden zu müssen. Ihre „Röntgenstrahlen“ sind Erdbebenwellen: Wenn es an einem Ort stark bebt, breiten sich die Erschütterungen durch den gesamten Erdkörper aus, ähnlich wie Schallwellen in der Luft.

Allerdings sind diese Wellen nicht immer gleich schnell: In dichtem und hartem Material werden die Erschütterungen schneller weitergeleitet als in leichterem und weicherem Material. Stoßen sie auf eine Gesteinsschicht mit höherer Dichte, können sie auch gebrochen oder zurückgespiegelt werden, wie Lichtstrahlen an einer Glasscheibe. Und manche Wellen können sich nur in festen oder zähflüssigen Stoffen fortbewegen und Flüssigkeiten gar nicht durchlaufen.

Wenn die Erdbebenwellen schließlich auf der anderen Seite der Welt ankommen, werden sie von einem weltumspannenden Netz von hochsensiblen Messgeräten – sogenannten Seismographen – aufgezeichnet. Aus den Mustern in diesen Diagrammen können die Forscher die Art der Wellen und ihre Geschwindigkeit ablesen und den Weg der Wellen durch die Erdkugel zurückverfolgen.

So erfahren die Forscher eine Menge über das Erdinnere – zum Beispiel in welcher Tiefe es Gesteins- oder Metallschichten gibt und ob diese fest, dickflüssig oder dünnflüssig sind.