Dünya atmosferi neden bu kadar ince?

Venüs Dünya'dan biraz daha hafiftir, ancak çok daha kalın bir atmosfere sahiptir. Aşağıdakilerin doğru olması gerektiği düşünülebilir:

1. Formasyon fazı sırasında, tüm iç gezegenler yerçekimi / termodinamik denge başına tutabilecekleri kadar gaz tutmuşlardı. Sonuçta, Mars'ı cılız bile büyük bir atmosfer yakalamayı başardı.
2. Venüs için atmosferik kaçış oranı çok daha yüksek olmalı:
   • Venüs güneşten daha fazla ısı alır, böylece daha yüksek Jeans kaçış oranı
   • Venüs ihmal edilebilir manyetik alana sahiptir, bu nedenle atmosferinin bir kısmı güneş rüzgarı tarafından "havaya uçmak" için kaybedilmelidir.

Yine de, görünüşte çok fazla atmosferik hacmi özleyen Dünya'dır. Yani soru şu: Dünya atmosferinin "incelmesi" ile ilgili mevcut teoriler nelerdir? Atmosferik gazlar ne zaman ve neden gezegeni terk etti?

Kısa cevap: Atmosferik gazlar Dünya'dan hiç ayrılmadı , içinde !

Bu sorunun uzun cevabı sadece gezegenlerin mevcut durumları değil, onları oraya yönlendiren süreçlerle ilgili değil. En baştan başlayalım (başlamak için çok iyi bir yer).

Çok erken yıllar

Güneş sistemimiz 4.6 milyar yıl önce oluşmaya başladığında , Güneş'i oluşturmak için merkezde toplanan bir moleküler bulutun çökmüş kısmından (bkz. Bulutsular hipotezi ) kütlenin çoğu . Güneş'e çökmeyen kitle, yeni yıldızı çevreleyen bir gezegen-dışı disk - bir toz ve gaz bulutu - bıraktı. Yavaş yavaş, toz parçacıkları toplanma yoluyla bir araya gelmeye başladı ve giderek daha fazla parçacığı yavru gezegenlere çekmeye başladı.

Venüs ve Dünya'nın ikisinin de bulunduğu Güneş'e yakın, birçok parçacığın yoğunlaşması için çok sıcaktı, bu nedenle bu bölgedeki gezegenler yüksek erime noktalarına sahip metaller ve silikatlarla oluştu. Bu yüzden iç Güneş Sistemindeki dört gezegene "kayalık" veya "karasal" gezegenler denir. Bu gezegenlerdeki en eski atmosferler, çoğunlukla hidrojen olmak üzere güneş bulutsusundan gazların kademeli olarak toplanmasıyla oluşmaya başladı.

Goldilocks ve iki gezegen

İki gezegenin evriminde bu noktada oldukça benzer görünüyorlardı, ancak büyük bir fark var: Güneş'e olan mesafe. Dünya, sıcaklığın yaşamı desteklemek için doğru olduğu "Goldilocks bölgesi" nde olduğu için şanslı görünüyor . Bu bölgede olmanın iki önemli etkisi vardır: sıvı su ve bunun sonucunda aktif plaka tektoniği. ( İkisinin neden ilişkili olduğuna dair derinlemesine bir görüş için bu makaleye bakın .)

Karbon lavabolar

Dünya'da sıvı okyanuslarda önemli miktarda su vardır. Venüs'te durum böyle değil. Güneşe yakın o kadar sıcak ki, tüm su atmosfere buharlaştı. (Venüs muhtemelen ilk aşamalarında sıvı su içerdi, ancak hepsi bir milyar yıl sonra buharlaştı.) Genç Dünya'nın bir zamanlar Venüs'ünki gibi yoğun ve cezalandırıcı bir atmosfere sahip olması da muhtemel. Bununla birlikte, yüzey okyanusları ve plaka tektoniği, gazların Dünya yüzeyine emilmesi için geniş yollar sağlamıştır. Okyanuslar ve plaka tektoniği, karbon bileşiklerinin atmosfere ve atmosferden transferini ve dengesini sağlayan çok miktarda karbonat depolaması sunar.

Şimdi Dünya ve Venüs atmosferleri arasındaki farklılıkları pekiştiren iki şeyimiz var:

• Sıvı suyun buharlaşması : Venüs'te sıvı suyun olması çok sıcaktır. Tüm su buharlaşarak daha yoğun bir atmosfere neden olur. Dünyada, su yüzeyde kalabilir ve atmosferdeki miktarı azaltabilir.
• Karbon lavabolar : Sıvı su ve plaka tektoniği, Dünya'nın önemli miktarda gaz emmesine izin vererek atmosferin karbondioksit gibi bazı bileşiklerin incelmesine izin verir. Venüs'te böyle bir yol yoktur ve tüm gazı atmosferde kalmaya zorlar.

Gezegen tarafından gazların emilmesi için önemli bir mekanizma bulunmayan Venüs, kaçak bir sera etkisi yaşıyor.

Atmosferik kaçış

Jeans kaçışından bahsediyorsun. Bu etkinin yüksek sıcaklıklarda daha büyük olduğu doğrudur; ancak, daha küçük moleküllerin kaçması daha büyük moleküllere göre daha kolaydır. En küçük iki element olan hidrojen ve helyum, bu fenomenden en fazla etkilenenlerdir. Buna karşılık, Venüs atmosferinin çoğunu oluşturan karbondioksit, Jeans'in kaçışından pek etkilenmez.

Güneş rüzgarlarından da bahsediyorsunuz. Bunlar, özellikle manyetik alanı olmayan gezegenlerde bir etki yaratırken, bu fenomen düşündüğünüz kadar güçlü değildir. Ultraviyole ışık (yani fotoiyonize radyasyon) atmosferin en üst kısmında iyonlaşmaya neden olur. Bu yüklü parçacıklar artık manyetik alan gibi güneş rüzgarlarını saptıran bir kabuk (iyonosfer olarak adlandırılır) oluşturur. Venüs'te, kalın atmosfer iyonlaşma için daha fazla parçacık sağlar ve bu da daha güçlü bir sapmaya neden olur. (Bunu, birkaç iyonize parçacık içeren ince atmosfer nedeniyle güneş rüzgarının birincil termal olmayan kaçış mekanizması olduğu Mars ile karşılaştırın.)

Venüs için birincil atmosferik kaçış mekanizması aslında biraz daha karmaşıktır. Manyetik alanın yokluğunda, yüklü parçacıkların kaçması daha kolaydır. Özellikle, elektronlar küçük kütleleri nedeniyle en hassastır. Elektronlar kaçarken, iyonosferin net yükü pozitif eğilir ve çoğunlukla H ⁺ olmak üzere pozitif iyonların atılmasına neden olur .

Sonuç

Dünya ve Venüs benzer şekilde gelişirken, Dünya şanslıydı. Venüs gazları atmosferden uzaklaştırmak için yolları vardır. Ek olarak, iki gezegen önemli ölçüde farklı atmosferik kaçış oranları yaşamaz. 66 kg / m: atmosferik yoğunlukları biliyorum bugün bu sonuçları ³ Venus ve sadece 1.2 kg / m ³ Dünya için.

Bence dpwilson'un cevabı mükemmel ve ona oy verdim, ama bu tabloyu eski resimle bin kelimelik bir bakış açısıyla göndermek istedim.

Venüs Dünya'dan biraz daha hafiftir, ancak çok daha kalın bir atmosfere sahiptir. Aşağıdakilerin doğru olması gerektiği düşünülebilir:

Formasyon fazı sırasında, tüm iç gezegenler yerçekimi / termodinamik denge başına tutabilecekleri kadar gaz tutmuşlardı. Sonuçta, Mars'ı cılız bile büyük bir atmosfer yakalamayı başardı.

Olabilir. Ancak erken güneş sistemi sırasında, güneş oluştuğunda ve ışık ve güneş patlamaları pompalamaya başladığında (ve erken güneş, kısmen daha hızlı dönme nedeniyle güneş patlamaları atmada çok daha aktifti), dikkate alınması gereken önemli bir faktör olan Frost Hattı de geçmiş yeryüzü -.

Böylece, Güneş sisteminin erken oluşumunda 2 şeyden biri olabilir. Birincisi, gezegenler güneşin donma çizgisi içindeki buz ve gazı eritmeye / itmeye başlamadan önce mevcut buz ve gazları oluşturur ve toplar, ya da 2, önce güneş oluşur ve iç gezegenler oluştukça çok az gaz ve suya sahiptir. . Güneşten çıkarılan hidrojen tarafından bombalanırlar, ancak çoğunlukla iç gezegenler bu hidrojeni tutmakta iyi değildir. 2. senaryoda, elde ettikleri atmosfer ve suyun kuyruklu yıldız etkilerinden gelmesi gerekecektir.

İç gezegenlerin erken atmosferi çoğunlukla CO2, CH4, NH3 veya belki de N2 idi. Eğer Venüs birkaç kuyrukluyıldız tarafından vurulursa, bunu tek başına açıklar ve istatistiksel olarak mantıksız değildir. Şimdi, bunun olduğunu söylemiyorum, sadece mümkün. Venüs CO2'nin çoğunu korur, ancak H20, CH3, NH3, belki de N2 ise zaman içinde kaybedebilir ve bugün sahip olduğu CO2 atmosferine yol açar.

Ayı oluşturan dev etkinin de Dünya'nın erken atmosferinin çoğunu patlaması teorik olarak mümkündür. (bundan emin değilim, ancak muazzam ısı ve dönüş ilavesi mümkün).

Yukarıdaki grafikte, Venüs'ün çok fazla H20 kaybetmeyeceğini, ancak diğer grafiklerin Venüs'ün H20 hattına daha yakın olduğunu gösteriyor. (daha fazla grafik için google gaz kaçış hızı gezegenleri)

Venüs için atmosferik kaçış oranı çok daha yüksek olmalı: Venüs güneşten daha fazla ısı alıyor, bu nedenle daha yüksek Kot kaçış oranı Venüs ihmal edilebilir manyetik alana sahip, bu nedenle atmosferinin bir kısmı güneş rüzgarı tarafından doğrudan "havaya uçmak" için kaybedilmelidir

Bu doğru. Venüs'ün neden güneş sisteminde yaygın olan çok az suya sahip olduğunu açıklayabilir. Ama son noktasında, Venüs'ün indüklenmiş bir manyetik alanı var - buraya bakın . dpwilson bunu daha ayrıntılı olarak açıkladı.

Yine de, görünüşte çok fazla atmosferik hacmi özleyen Dünya'dır. Yani soru şu: Dünya atmosferinin "incelmesi" ile ilgili mevcut teoriler nelerdir? Atmosferik gazlar ne zaman ve neden gezegeni terk etti?

Toplanıyorum, milyarlarca yıl önce Dünya'nın atmosferinin nasıl olduğu konusunda hala belirsizlikler var. Venüs'ün şu anda sahip olduğundan daha yoğun bir atmosferle başlamış olabilir, ancak herhangi bir kesinlik ile bilmek zordur (en azından okuduğum hiçbir şey konuyla ilgili kesinlik önermez).

Kömür, petrol ve doğal gazın doğal olarak oluşmadığını belirtmek gerekir, ancak yüz milyonlarca yıl boyunca gömülü ölü bitkilerin ve deniz yaşamının ürünüdür. Ayrıca, çevremizde gördüğümüz kayaların çoğunda oksijen bulunur. Örneğin granitte Oksijen bulunur. (Venüs'te hiç veya en azından çok az Granit yoktur). Atmosferin yeryüzündeki yaşam tarafından emilmesi ve yüzeye ve çözünmüş okyanus minerallerine oksijen bağlanması, Dünya atmosferini incelemekte büyük bir rol oynamıştır. Yeryüzündeki yaşam, tek başına, Dünya'nın Venüs atmosferindeki farkı açıklamak için yeterli olabilir.

Kuyruklu:

1) Kuyrukluyıldızlar daha büyüktü. Güneşin yakınındaki her geçiş, kuyruklu yıldızlar küçülür. Ayrıca, Jüpiter'in göç ettiği ve geç ağır bombardıman gerçekleştikçe, bunların bazıları oldukça büyük olabilecek nesneler ve asteroitler gibi buzlu ayın sadece kuyruklu yıldızları değil.

Bakınız: Burada ve Burada ve Burada .

Ayrıca, kesin olarak söylemedim, Venüs'ün atmosferinin büyük bir bölümünün büyük bir kuyruklu yıldız grevinden gelmesinin mümkün olduğunu söyledim.

Öyle görünüyor ki, Dünya ve Mars'ın atmosferik gazlarının çoğunu neden kaybettiğine dair şaşırtıcı derecede az katı teori var, Venüs en görkemli bir atmosferi korumayı başardı.

Akla yatkın bir teori, 1950'lerde yapılan Dünya'nın kabuk kompozisyonuna ilişkin eski Sovyet araştırmasına dayanarak, önde gelen bir kimyager Octave Levenspiel ve alii tarafından ortaya konuldu (o zamandan beri geliştirilen kabuk kompozisyon modelinde önemli bir güncelleme bulamadım).

Bir bakışta, teori aşağıdaki gibi çalışır:

1. Dünya, Venüslülere benzer veya daha yoğun bir atmosferle oluşmuştu. En bol içeriği CO2 (Venüs ve Mars'a benzer) olmalıdır.
2. Dünya atmosferi suyun sıvı fazda yoğuşmaya başlaması için yeterince soğumayı başardı. Bunun kesin mekanizması benim için çok açık değil (Goldilocks bölgesi buna rağmen) çünkü sıcak ve yoğun CO2 / H2O atmosferi, gezegensel yüzeyin soğumasını önleyen ("yeşil ev" etki modelleri olmadığı sürece) belirgin bir "yeşil ev" etkisine neden olmalıydı. çok abartılı).
3. Atmosferik CO2 sıvı suda çözünmeye başladı (bu tek başına kısmi CO2 basıncında yaklaşık% 50'lik bir düşüşe neden olur). Kuvvetli asidik su, kalker oluşum sürecini başlatarak kabuktan kalsiyumu aşındırmaya başladı.
4. Ortaya çıkan yaşam süreci hızlandırarak, geri kalan atmosferik CO2'yi devasa kireçtaşına ve biraz daha küçük kömür yataklarına ayırdı.

Teorinin ayrıntılı taslağı burada görülebilir: http://pubs.acs.org/subscribe/archive/ci/30/i12/html/12learn.html

Buradaki bazı cevapların makul alternatif teoriler önerebileceğini umdum. Özellikle:

1. "Levha tektoniği" muhtemelen günümüz atmosferinin bileşimi ve parametreleri ile ilgisi yoktur. Bildiğim kadarıyla hiç kimse mantonun atmosferdeki gazları yeniden emebileceğini önermedi - aksine, soğutma mantosundan volkanik bir aktivite ile açığa çıkan gazlar daha yoğun bir atmosfere katkıda bulunmalıdır (açıkça, bu süreç Mars ve Dünya'ya o kadar da yardım etmiyor). Volkanik gazlar çoğunlukla CO2 ve su buharından oluşur (kütle olarak% 90'a kadar), bu iki madde günümüz atmosferinde neredeyse hiç bulunmaz (CO2 - ~ 350ppm, buhar -% 0.4, çoğunlukla volkanik geri dönüşüme bağlı olmayan buharlaşmadan) .
2. Kuyrukluyıldızlar, düşük yoğunluklu nispeten lite nesnelerdir (iyi bir kuyruklu yıldız, ince bir günümüz dünya atmosferinden bile 10000-100000 kat daha azdır). Bir kuyruklu yıldızın bir gezegenle yüksek kinetik enerji etkisi büyük olasılıkla kuyrukluyıldız içeren gazların çoğunun uzaya kaçmasına neden olur (ve darbe ısıtması da kaçan karışıma gezegen gazlarının bir kısmını ekler - "darbe erozyonu" olarak bilinen bir süreç "). Kuyruklu yıldızlar ve gezegenler arasında önemli bir madde transferinin mümkün olmadığına uzun zamandır inanılmaktadır ( http://adsabs.harvard.edu/full/1998ASPC..148..364Z ).
3. "Erken ince atmosfer" - Dünya (Ay) oluşumundan kısa bir süre sonra atmosferin aşınması veya kaybolması bariz bir nedenden dolayı mantıklı değil: kireçtaşı / kömür nereden geliyor? Eğer Dünya atmosferi kaybolduysa ve daha sonra tektonik aktivite ile doldurulursa bu bizi orijinal bir soruya geri götürür.