ทำไมบรรยากาศของโลกจึงบาง

ดาวศุกร์นั้นค่อนข้างเบากว่าโลก แต่มีบรรยากาศที่หนากว่ามาก ใครจะจินตนาการว่าสิ่งต่อไปนี้ควรเป็นจริง:

1. ในช่วงการก่อตัวดาวเคราะห์ทุกดวงในโลกได้จับก๊าซมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ต่อสมดุลความโน้มถ่วง / อุณหพลศาสตร์ ท้ายที่สุดแม้กระทั่งดาวอังคารที่อ่อนแอก็สามารถจับภาพบรรยากาศที่กว้างใหญ่
2. อัตราการหลบหนีจากชั้นบรรยากาศน่าจะสูงกว่ามากสำหรับวีนัส:
   • ดาวศุกร์ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์มากขึ้นทำให้อัตราการหลบหนีของยีนส์สูงขึ้น
   • ดาวศุกร์มีสนามแม่เหล็กที่มีคุณสมบัติไม่แน่นอนดังนั้นบางส่วนของชั้นบรรยากาศจะต้องสูญเสียไปในทิศทาง "ลมพัด" โดยตรงจากลมสุริยะ

ถึงกระนั้นมันก็เป็นโลกที่ดูเหมือนจะมีปริมาณบรรยากาศไม่มากนัก ดังนั้นคำถามคือทฤษฎีปัจจุบันเกี่ยวกับ "การทำให้ผอมบาง" ของชั้นบรรยากาศโลกคืออะไร? เมื่อใดและเพราะเหตุใดก๊าซในชั้นบรรยากาศจึงออกจากโลก?

คำตอบสั้น ๆ :ก๊าซในชั้นบรรยากาศไม่เคยออกจากโลกพวกมันอยู่ในนั้น!

คำตอบที่ยาวสำหรับคำถามนี้ไม่เพียงเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของดาวเคราะห์ แต่เป็นกระบวนการที่นำพวกมันไปที่นั่น เริ่มจากจุดเริ่มต้นกันเถอะ (เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีมาก)

ช่วงปีแรก ๆ

เมื่อระบบสุริยะของเราเริ่มก่อตัวเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อนมวลส่วนใหญ่จากส่วนที่ยุบตัวของก้อนเมฆโมเลกุล (ดูสมมติฐานของเนบิวลา ) ที่รวบรวมไว้ในใจกลางเพื่อก่อตัวดวงอาทิตย์ มวลที่ไม่ยุบตัวไปยังดวงอาทิตย์เหลือดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ซึ่งเป็นเมฆฝุ่นและก๊าซล้อมรอบดาวดวงใหม่ ทีละน้อยอนุภาคฝุ่นเริ่มรวมตัวกันด้วยการสะสมการดึงดูดอนุภาคมากขึ้นเรื่อย ๆ สู่ดาวเคราะห์ที่เพิ่งมีนก

ใกล้กับดวงอาทิตย์ที่ดาวศุกร์และโลกทั้งคู่อาศัยอยู่มันร้อนเกินไปที่จะรวมตัวกันเป็นจำนวนมากดังนั้นดาวเคราะห์ในภูมิภาคนี้จึงเกิดขึ้นจากโลหะและซิลิเกตซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูง นี่คือเหตุผลที่ดาวเคราะห์ทั้งสี่ในระบบสุริยะชั้นในเรียกว่าดาวเคราะห์ "ร็อคกี้" หรือ "ภาคพื้นดิน" บรรยากาศที่เก่าแก่ที่สุดบนดาวเคราะห์เหล่านี้เริ่มก่อตัวขึ้นด้วยการสะสมของก๊าซจากเนบิวลาสุริยจักรวาลซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน

Goldilocks และดาวเคราะห์ทั้งสอง

เมื่อมาถึงจุดนี้ในวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ทั้งสองพวกมันดูคล้ายกัน แต่มีความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งคือระยะทางจากดวงอาทิตย์ ดูเหมือนว่าโลกโชคดีที่ได้อยู่ใน "Goldilocks zone" ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เหมาะสมในการช่วยชีวิต การอยู่ในโซนนี้มีความหมายหลักสองประการ: น้ำของเหลวและเป็นผลให้เปลือกโลกแผ่นเปลือกโลกที่ใช้งานอยู่ (ดูบทความนี้สำหรับมุมมองเชิงลึกว่าทำไมทั้งสองเกี่ยวข้องกัน)

เก็บคาร์บอน

บนโลกมีน้ำจำนวนมากบรรจุอยู่ในมหาสมุทรของเหลว บนดาวศุกร์นี่ไม่ใช่กรณี มันร้อนเกินไปที่อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์ดังนั้นน้ำทั้งหมดจึงระเหยสู่ชั้นบรรยากาศ (ดาวศุกร์น่าจะมีน้ำของเหลวในช่วงแรก แต่มันระเหยไปหลังจากพันล้านปีหรือมากกว่านั้น) มันก็เป็นไปได้ว่าโลกเยาว์ครั้งหนึ่งเคยมีบรรยากาศหนาแน่นและลงโทษเหมือนวันนี้ของดาวศุกร์ อย่างไรก็ตามพื้นผิวมหาสมุทรและแผ่นเปลือกโลกทั้งคู่ให้เส้นทางที่เพียงพอสำหรับก๊าซที่จะดูดซึมเข้าสู่พื้นผิวของโลก มหาสมุทรและการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกนำเสนอการจัดเก็บคาร์บอเนตจำนวนมากช่วยให้การถ่ายโอนและความสมดุลของสารประกอบคาร์บอนไปและกลับจากบรรยากาศ

ดังนั้นตอนนี้เรามีสองสิ่งที่ตอกย้ำความแตกต่างระหว่างชั้นบรรยากาศของโลกและของดาวศุกร์:

• การระเหยของน้ำของเหลว : มันร้อนเกินไปที่ดาวศุกร์จะมีน้ำของเหลวอยู่ น้ำทั้งหมดระเหยไปส่งผลให้เกิดบรรยากาศที่หนาแน่น บนโลกน้ำสามารถอยู่บนพื้นผิวลดปริมาณในชั้นบรรยากาศ
• Carbon sinks : น้ำของเหลวและเปลือกโลกแผ่นเปลือกโลกอนุญาตให้โลกดูดซับก๊าซจำนวนมากทำให้ชั้นบรรยากาศบาง ๆ ของสารประกอบบางชนิดเช่นคาร์บอนไดออกไซด์ ไม่มีทางเดินบนดาวศุกร์บังคับให้แก๊สทั้งหมดคงอยู่ในชั้นบรรยากาศ

เมื่อไม่มีกลไกสำคัญสำหรับก๊าซที่จะถูกดูดกลืนโดยดาวเคราะห์วีนัสกำลังประสบกับปรากฏการณ์เรือนกระจกที่ลี้ภัย

หลบหนีจากบรรยากาศ

คุณพูดถึงกางเกงยีนส์หลบหนี มันเป็นความจริงที่ว่าเอฟเฟกต์นี้จะยิ่งใหญ่กว่าที่อุณหภูมิสูงกว่า อย่างไรก็ตามมันง่ายกว่าสำหรับโมเลกุลขนาดเล็กที่จะหลบหนีได้มากกว่าโมเลกุลที่ใหญ่กว่า ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นองค์ประกอบที่เล็กที่สุดทั้งสองได้รับผลกระทบอย่างมากจากปรากฏการณ์นี้ ในการเปรียบเทียบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ไม่ได้รับผลกระทบมากนักโดยยีนส์หนี

คุณพูดถึงลมสุริยะ ในขณะที่สิ่งเหล่านี้มีผลกระทบโดยเฉพาะกับดาวเคราะห์ที่ไม่มีสนามแม่เหล็กปรากฏการณ์นี้ไม่ได้ทรงพลังอย่างที่คุณคิด แสงอุลตร้าไวโอเลต (เช่นการแผ่รังสีด้วยแสง) ทำให้เกิดไอออนไนซ์ในบริเวณบนสุดของชั้นบรรยากาศ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้จะก่อตัวเป็นเปลือก (เรียกว่าไอโอสเฟียร์) ซึ่งทำให้เกิดลมสุริยะเหมือนสนามแม่เหล็ก บนดาวศุกร์บรรยากาศหนาให้อนุภาคมากขึ้นสำหรับการไอออไนซ์ทำให้เกิดการโก่งตัวที่ทรงพลังมากขึ้น (เปรียบเทียบสิ่งนี้กับดาวอังคารซึ่งลมสุริยะเป็นกลไกการหลบหนีที่ไม่ใช่ความร้อนหลักเนื่องจากบรรยากาศบาง ๆ ที่มีอนุภาคอิออนไม่กี่ตัว)

กลไกการหลบหนีในชั้นบรรยากาศหลักสำหรับวีนัสนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กจะง่ายกว่าสำหรับอนุภาคที่มีประจุเพื่อหนี โดยเฉพาะอย่างยิ่งอิเล็กตรอนมีความอ่อนไหวมากที่สุดเนื่องจากมีมวลน้อย ในฐานะที่เป็นอิเล็กตรอนหนีค่าใช้จ่ายสุทธิบรรยากาศโน้มบวกก่อให้เกิดการไหลออกของไอออนบวกส่วนใหญ่เอช+

ข้อสรุป

ในขณะที่ Earth และ Venus ก่อตัวขึ้นคล้ายกัน Earth ก็โชคดี มันมีเส้นทางสู่การกำจัดก๊าซออกจากบรรยากาศในขณะที่ดาวศุกร์ไม่มี นอกจากนี้ดาวเคราะห์ทั้งสองไม่พบอัตราการหลบหนีในชั้นบรรยากาศที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ผลนี้ในความหนาแน่นของบรรยากาศที่รู้ว่าวันนี้: 66 กก. / ม. ³สำหรับดาวศุกร์และเพียง 1.2 กก. / ม. ³โลก

ฉันคิดว่าคำตอบของ dpwilson นั้นยอดเยี่ยมและฉันโหวตให้เขา แต่ฉันต้องการโพสต์แผนภูมินี้ด้วยภาพเก่ามีค่าหนึ่งพันคำในมุมมอง

ดาวศุกร์นั้นค่อนข้างเบากว่าโลก แต่มีบรรยากาศที่หนากว่ามาก ใครจะจินตนาการว่าสิ่งต่อไปนี้ควรเป็นจริง:

ในช่วงการก่อตัวดาวเคราะห์ทุกดวงในโลกได้จับก๊าซมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ต่อสมดุลความโน้มถ่วง / อุณหพลศาสตร์ ท้ายที่สุดแม้กระทั่งดาวอังคารที่อ่อนแอก็สามารถจับภาพบรรยากาศที่กว้างใหญ่

อาจจะ. แต่ในช่วงแรกของระบบสุริยะเมื่อดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นและเริ่มสูบแสงและเปลวสุริยะ (และดวงอาทิตย์ก่อนมีแนวโน้มที่จะใช้งานได้มากขึ้นในการยิงออกจากแผงสุริยะส่วนหนึ่งเนื่องจากการหมุนเร็วขึ้น) เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา คือFrost Line - ซึ่งเป็นดินที่ผ่านมาอย่างดี

ดังนั้น 1 ใน 2 สิ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงเริ่มต้นของระบบสุริยะ หนึ่งดาวเคราะห์ก่อตัวและรวบรวมน้ำแข็งและก๊าซที่มีอยู่ก่อนที่ดวงอาทิตย์จะเริ่มละลาย / ผลักน้ำแข็งและก๊าซใด ๆ ที่อยู่ในสายน้ำแข็งหรือ 2 ดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นก่อนและดาวเคราะห์ชั้นในมีก๊าซและน้ำน้อยมาก . พวกมันถูกระดมยิงด้วยไฮโดรเจนที่พุ่งออกมาจากดวงอาทิตย์ แต่ส่วนใหญ่ดาวเคราะห์ชั้นในก็ไม่ดีที่จะจับกับไฮโดรเจนนี้ ในสถานการณ์ที่ 2 บรรยากาศและน้ำที่ได้รับจะต้องมาจากผลกระทบของดาวหาง

บรรยากาศเริ่มแรกของดาวเคราะห์ชั้นในนั้นส่วนใหญ่จะเป็น CO2, CH4, NH3 อาจจะเป็น N2 บางส่วน ถ้าดาวศุกร์ถูกดาวหางพุ่งขึ้นมาอีกสองตัวมันก็จะอธิบายได้และมันก็ไม่ได้ไร้เหตุผลทางสถิติ ตอนนี้ฉันไม่ได้บอกว่านี่เป็นสิ่งที่เกิดขึ้น แต่เป็นไปได้เท่านั้น ดาวศุกร์ยังคงรักษาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ แต่มันอาจสูญเสียไปตามกาลเวลาส่วนใหญ่ของมันคือ H20, CH3, NH3 หรืออาจเป็น N2 หากมีอยู่ซึ่งนำไปสู่บรรยากาศของ CO2 ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในปัจจุบัน

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ในทางทฤษฎีว่าผลกระทบยักษ์ที่ก่อตัวดวงจันทร์ก็พัดพาชั้นบรรยากาศของโลกออกไป (ไม่แน่นอน แต่ยังเพิ่มความร้อนและการหมุนได้อีกมาก)

ในแผนภูมิด้านบนแนะนำว่าวีนัสจะไม่สูญเสีย H20 มากนัก แต่แผนภูมิอื่น ๆ มีวีนัสใกล้กับ H20 มากขึ้น (ดาวเคราะห์ก๊าซหลบหนีของ Google google สำหรับแผนภูมิเพิ่มเติม)

อัตราการหลบหนีจากชั้นบรรยากาศควรสูงกว่ามากสำหรับวีนัส: วีนัสได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์มากขึ้นดังนั้นอัตราการหลบหนีของยีนส์ที่สูงขึ้นวีนัสมีสนามแม่เหล็กที่ไม่สำคัญดังนั้นบางส่วนของบรรยากาศจะต้องหายไปโดยตรง

นี่เป็นเรื่องจริง มันอาจอธิบายได้ว่าทำไมดาวศุกร์จึงมีน้ำน้อยมากซึ่งเป็นเรื่องปกติในระบบสุริยะ แต่ในจุดสุดท้ายของคุณวีนัสมีสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ - ดูที่นี่ dpwilson อธิบายสิ่งนี้ในรายละเอียดเพิ่มเติม

ถึงกระนั้นมันก็เป็นโลกที่ดูเหมือนจะมีปริมาณบรรยากาศไม่มากนัก ดังนั้นคำถามคือทฤษฎีปัจจุบันเกี่ยวกับ "การทำให้ผอมบาง" ของชั้นบรรยากาศโลกคืออะไร? เมื่อใดและเพราะเหตุใดก๊าซในชั้นบรรยากาศจึงออกจากโลก?

ฉันรวบรวมว่ายังมีความไม่แน่นอนว่าบรรยากาศของโลกเป็นอย่างไรเมื่อพันล้านปีก่อน มันอาจจะเริ่มจากบรรยากาศที่หนาแน่นกว่าวีนัสในปัจจุบัน แต่ก็ยากที่จะรู้ด้วยความมั่นใจใด ๆ (อย่างน้อยไม่มีสิ่งใดที่ฉันได้อ่านจะชี้ให้เห็นถึงความแน่นอนในเรื่อง)

มันคุ้มค่าที่ชี้ให้เห็นว่าถ่านหินน้ำมันและก๊าซธรรมชาติไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่เป็นผลผลิตของพืชที่ตายแล้วและชีวิตในทะเลที่ถูกฝังไว้นับร้อยล้านปี นอกจากนี้หินจำนวนมากที่เราเห็นอยู่รอบตัวเราก็มีออกซิเจนอยู่ด้วย หินแกรนิตมีออกซิเจนเช่น (ไม่มีหินแกรนิตน้อยหรือน้อยมากบนดาวศุกร์) การดูดซึมของชั้นบรรยากาศโดยสิ่งมีชีวิตบนโลกและโดยออกซิเจนที่จับกับพื้นผิวและแร่ธาตุในมหาสมุทรที่ละลายน้ำนั้นมีบทบาทอย่างมากในการทำให้ชั้นบรรยากาศของโลกบางลง ชีวิตบนโลกโดยตัวของมันเองนั้นเพียงพอที่จะอธิบายความแตกต่างในชั้นบรรยากาศของโลกกับดาวศุกร์

ดาวหาง:

1) ดาวหางเคยมีขนาดใหญ่กว่า ทุกๆดวงใกล้กับดวงอาทิตย์ดาวหางจะหดตัว นอกจากนี้มันไม่เพียง แต่เป็นดาวหางดวงจันทร์น้ำแข็งเช่นวัตถุและดาวเคราะห์น้อยซึ่งเมื่อจูปิเตอร์อพยพและการทิ้งระเบิดหนักครั้งล่าสุดก็เกิดขึ้นบางส่วนอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่

โปรดดูที่: ที่นี่และที่นี่และที่นี่

นอกจากนี้ฉันไม่ได้บอกว่าชัดเจนฉันบอกว่าเป็นไปได้ที่บรรยากาศส่วนใหญ่ของดาวศุกร์มาจากการโจมตีของดาวหางขนาดใหญ่

ปรากฏว่ามีทฤษฎีของแข็งน้อยน่าประหลาดใจที่ว่าทำไมโลกและดาวอังคารจึงสูญเสียก๊าซส่วนใหญ่ในชั้นบรรยากาศขณะที่วีนัสจัดการรักษาบรรยากาศที่งดงามที่สุด

ทฤษฎีหนึ่งที่น่าเชื่อถือได้รับการหยิบยกขึ้นมาโดยนักเคมี Octave Levenspiel et alii ซึ่งเป็นนักเคมีชื่อดังจากงานวิจัยของโซเวียตโบราณเกี่ยวกับองค์ประกอบของเปลือกโลก Earthian ดำเนินการในปี 1950 (ฉันไม่พบการปรับปรุงรูปแบบองค์ประกอบของเปลือกโลกที่พัฒนามา

คร่าว ๆ ทฤษฎีทำงานดังต่อไปนี้:

1. โลกก่อตัวขึ้นด้วยบรรยากาศที่คล้ายกันหรือหนาแน่นกว่า Venusian ส่วนผสมที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดควรเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ (คล้ายกับดาวศุกร์และดาวอังคาร)
2. บรรยากาศของโลกนั้นเย็นลงพอที่น้ำจะเริ่มกลั่นตัวเป็นของเหลว กลไกที่แน่นอนสำหรับเรื่องนี้ค่อนข้างชัดเจนสำหรับฉัน (เขต Goldilocks อย่างไรก็ตาม) เนื่องจากบรรยากาศ CO2 / H2O ที่ร้อนและหนาแน่นควรทำให้เกิดปรากฏการณ์ "เรือนกระจกสีเขียว" ที่โดดเด่นป้องกันพื้นผิวดาวเคราะห์ไม่ให้เย็นลง พูดเกินจริงเกินไป)
3. คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเริ่มละลายในน้ำของเหลว (เพียงอย่างเดียวนี้จะช่วยลดความดัน CO2 บางส่วนได้ประมาณ 50%) น้ำที่เป็นกรดอย่างรุนแรงเริ่มกัดกร่อนแคลเซียมออกจากเปลือกโลกเริ่มกระบวนการสร้างหินปูน
4. ชีวิตใหม่ที่เกิดขึ้นได้เร่งกระบวนการแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่เหลือลงสู่หินปูนขนาดมหึมา

รายละเอียดโครงร่างของทฤษฎีสามารถดูได้ที่นี่: http://pubs.acs.org/subscribe/archive/ci/30/i12/html/12learn.html

ฉันหวังว่าคำตอบบางอย่างของที่นี่สามารถแนะนำทฤษฎีทางเลือกที่เป็นไปได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

1. "เปลือกโลกแผ่นเปลือกโลก" อาจไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบและพารามิเตอร์ของบรรยากาศยุคปัจจุบัน เท่าที่ฉันรู้ว่าไม่มีใครเคยแนะนำให้แมนเทิลสามารถดูดซับก๊าซจากชั้นบรรยากาศได้ - ในทางกลับกันก๊าซที่ปล่อยออกมาจากแมนเทิลทำความเย็นผ่านกิจกรรมของภูเขาไฟควรมีส่วนร่วมในบรรยากาศที่หนาแน่นมากขึ้น ไม่ได้ช่วยเหลือโลกเช่นกัน) ก๊าซภูเขาไฟส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ (มากถึง 90% โดยมวล) ในขณะที่สารทั้งสองแทบจะไม่ปรากฏในบรรยากาศสมัยใหม่ (CO2 - ~ 350ppm, ไอ - 0.4% ส่วนใหญ่มาจากการระเหยที่ไม่เกี่ยวข้องกับการรีไซเคิลภูเขาไฟ) .
2. ดาวหางเป็นวัตถุที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก (ดาวหางที่ดีมีน้ำหนักน้อยกว่า 10,000-10,000 เท่าแม้แต่บรรยากาศของโลกยุคปัจจุบันที่มีความบางและมีความหนาแน่นต่ำ ผลกระทบพลังงานจลน์สูงของดาวหางที่มีดาวเคราะห์น่าจะส่งผลให้เกิดการหนีของดาวหางส่วนใหญ่ที่มีก๊าซกลับสู่อวกาศ (และการทำความร้อนด้วยแรงกระแทกจะเพิ่มก๊าซดาวเคราะห์บางส่วนลงในส่วนผสมที่หนีออกมา - กระบวนการที่เรียกว่า ") เชื่อกันมานานแล้วว่าไม่มีการถ่ายโอนสสารที่สำคัญระหว่างดาวหางและดาวเคราะห์ ( http://adsabs.harvard.edu/full/1998ASPC..148..364Z )
3. "บรรยากาศบางช่วงต้น" - บรรยากาศที่ถูกกัดเซาะหรือสูญหายหลังจากการก่อตัวของโลก (ดวงจันทร์) ไม่น่าเชื่อถือด้วยเหตุผลที่ชัดเจน: หินปูน / ถ่านหินมาจากไหน? หากบรรยากาศของโลกหายไปจากนั้นเติมเต็มผ่านกิจกรรมการแปรสัณฐานสิ่งนี้นำเรากลับไปสู่คำถามเดิม