الفلك

ما هي سماكة الغلاف الجوي البدائي للأرض؟

ما هي سماكة الغلاف الجوي البدائي للأرض؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتكون الغلاف الجوي الأول للأرض من الهيدروجين والهيليوم المتراكمين قبل بدء الاندماج في الشمس. حالما حدث هذا جردته الشمس. كم عدد أجهزة الصراف الآلي من الهيدروجين والهيليوم تراكمت على الأرض عند ذروة ضغط الغلاف الجوي الأول؟


ليس لدينا طريقة لمعرفة كمية الهيدروجين والهيليوم في الغلاف الجوي البدائي للأرض. ما هو أكثر أهمية هو ما كان يتألف منه الغلاف الجوي عندما تكون الحساء البدائي الذي نشأت منه الحياة ، منذ ما يزيد قليلاً عن 4 مليارات سنة. لدينا فكرة جيدة إلى حد ما عن ماهية هذا الغلاف الجوي: بشكل أساسي ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ، مثل المريخ في الوقت الحالي ، ولكن بكميات كبيرة من الأمونيا والميثان. أيضًا كميات صغيرة جدًا من الهيدروجين والهيليوم ، والتي تم تفجير معظمها بحلول ذلك الوقت بواسطة الإشعاع الشمسي. لم يكن هناك أي أكسجين. بالنسبة للضغط ، كل ما يمكننا قوله على وجه اليقين هو أنه على الأرض كان أعلى بكثير مما هو عليه اليوم. كانت الظروف في ذلك الوقت متشابهة ، وإن لم تكن متطابقة ، في كوكب الزهرة والأرض والمريخ ، وربما على تيتان أيضًا ، لذلك من الممكن أن تكون جميع الكواكب الأرضية الثلاثة قد طورت نسخة من حساء الأرض البدائي ، والذي كان ضروريًا لخلق الحياة . ما إذا كانت الحياة قد نشأت على أي كوكب آخر غير الأرض ، فإننا لا نعرف حتى الآن. نظرًا لأن جميع الكواكب الثلاثة بها محيطات ، فقد يكون بخار الماء أيضًا مكونًا مهمًا للغلاف الجوي.


المحاضرة 29: الغلاف الجوي للأرض

تأتي قدرة الأشعة تحت الحمراء والسعة النسبية & quot؛ من نطاقات الامتصاص لـ H.2O ، CO2، CH4 وجزيئات أخرى. امتصاص الغلاف الجوي بالأشعة تحت الحمراء من 1-28 ميكرون (محسوب)

تكبير في الأشعة تحت الحمراء القريبة (1-6 ميكرون) تظهر نطاقات جزيئية محددة

  • تمتص الأرض الفوتونات ، مما يؤدي إلى تسخينها
  • تشع الأرض الدافئة الأشعة تحت الحمراء الفوتونات (قانون وين)
  • يمتص الغلاف الجوي معظم فوتونات الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض الدافئة في طريقها للخروج ، مما يؤدي إلى تسخين الغلاف الجوي.

النتائج مثيرة للاهتمام للغاية: بدون تأثير الاحتباس الحراري ، لن يكون هناك ماء سائل على الأرض ، فقط جليد. نظرًا لأن الحياة كما نفهمها تتطلب الماء السائل ، إذا لم يكن هناك تأثير الاحتباس الحراري ، فإن الأرض ستكون غير صالحة للحياة.

مصطلح & quot؛ تأثير البيت الزجاجي & quot هو تسمية خاطئة. الدفيئات الزراعية (تعني المباني الزجاجية البقاء دافئة خلال فصل الشتاء لنمو النباتات) تعمل في المقام الأول عن طريق منع الحمل الحراري (حركات غليان الهواء التي يتم تسخينها بالتسخين الشمسي للأرض داخل الدفيئة) ، بدلاً من الاحتباس الإشعاعي لأشعة الشمس خلف الزجاج. الاصطياد الإشعاعي يفعل المساهمة في كيفية عمل الدفيئة في الحديقة ، ولكن فقط لجزء بسيط من إجمالي التدفئة التي تتم داخل الدفيئة.


ما هي سماكة الغلاف الجوي البدائي للأرض؟ - الفلك

أكبر قمر زحل (60 يدور حول زحل) هو العالم الغامض المسمى تيتان. لها قطر أكبر بقليل (5150 كم) وكثافة وكتلة من كاليستو. على بعد 1.22 مليون كيلومتر من زحل ، يستغرق الأمر 15.9 يومًا للدوران حول زحل. بكثافة 1.881X الماء ، ربما يكون تيتان نصف صخرة ونصف جليد. أظهرت الملاحظات الدقيقة لكيفية تحرك المركبة الفضائية كاسيني في مجال جاذبية تيتان أن الجزء الداخلي من تيتان متمايز جزئيًا فقط (مثل كاليستو). قد يكون تحت السطح المتجمد محيطًا داخليًا من الماء السائل (أو خليط الماء والأمونيا) محصورًا بين طبقتين جليديتين سميكتين تحيط بنواة خليط صخري وجليد.

ما يميز تيتان هو أنه يحتوي على غلاف جوي سميك مع ضغط هواء سطحي يبلغ سمكه 1.5 مرة أكثر من الغلاف الجوي للأرض. على الرغم من أن كتلة تيتان أصغر من كتلة المريخ ، إلا أنها شديدة البرودة (95 كلفن فقط) لدرجة أنها تمكنت من التمسك بجوها البدائي. يتكون الغلاف الجوي من النيتروجين الجزيئي البارد (95٪) والميثان (حوالي 5٪). تم اكتشاف جزيئات عضوية أخرى في غلافه الجوي. تتشكل من الأشعة فوق البنفسجية الشمسية والجسيمات عالية الطاقة المتسارعة بواسطة المجال المغناطيسي لزحل الذي يتفاعل مع النيتروجين والميثان في الغلاف الجوي. تنفصل جزيئات النيتروجين والميثان عن بعضها (التفكك الضوئي) وتتحد الذرات لتكوين طبقة ضباب كثيفة من الإيثان في الغالب تحجب رؤيتنا للسطح في الضوء المرئي. عندما تصبح قطرات الجزيئات العضوية كبيرة بدرجة كافية ، فإنها تمطر على السطح كرواسب داكنة جدًا من الميثان والإيثان السائل. يُعتقد أن غاز الميثان الذي يتصاعد من تحت السطح يعوض الميثان المفقود في غلافه الجوي من التفكك الضوئي. تُظهر صورة تيتان وتريتون والقمر في نهاية هذا القسم الفرعي تيتان ضبابية كما تُرى بأطوال موجية مرئية من مركبة فوييجر الفضائية. لسوء الحظ ، تم ضبط كاميرات Voyager بدقة على خاطئ أطوال موجية لذلك لا يمكن أن تتداخل مع طبقة الضباب. لذلك ، كل ما رآه كان كرة زغب برتقالية.

من المحتمل أن يكون مشروب تيتان من المركبات العضوية مثل كيمياء الأرض المبكرة. قد تكون درجات الحرارة شديدة البرودة قد احتفظت بعد ذلك بسجل لما كانت عليه الأرض في وقت مبكر قبل تشكل الحياة. هذا الاحتمال وإمكانية وجود بحيرات أو محيطات من الميثان والإيثان مخبأة تحت ضباب من المركبات العضوية جعلت تيتان موضوعًا خاصًا لمهمة ساتورن المدارية لمتابعة مهمة فوييجر للطيران. دارت المركبة الفضائية كاسيني حول زحل لمدة 13 عامًا ، وحلقت بواسطة أقماره العديدة بما في ذلك أكثر من 100 رحلة طيران مستهدفة على تيتان. باستخدام الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء والرادار ، تمكنت كاسيني من النظر عبر الغلاف الجوي الضبابي. الصورة أدناه عبارة عن فسيفساء من 16 صورة تم التقاطها بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القادمة من السطح والتي تمر عبر الغلاف الجوي بسهولة إلى كاميرا كاسيني.

تمكنت كاسيني من أخذ عينات من الجسيمات من أعلى مستويات الغلاف الجوي لتيتان (عدة مئات من الكيلومترات فوق السطح) ووجدت أن هناك آثارًا للأكسجين في الغلاف الجوي العلوي لتيتان ، ربما من التفكك الضوئي للماء الهارب من إنسيلادوس (انظر أدناه) إلى الهيدروجين والأكسجين . يسمح وجود كميات ضئيلة من الأكسجين بتكوين مجموعة متنوعة من المركبات الكيميائية باستخدام طاقة ضوء الشمس أكثر من مجرد النيتروجين والميثان وحدهما. تمكن العلماء الذين يحاكيون ظروف الغلاف الجوي العلوي لتيتان من خلال مزج المركبات البسيطة معًا تحت كثافة منخفضة جدًا وتحميمها بنطاقات ضوئية مختلفة الطول الموجي ، من تكوين مركبات عضوية معقدة ، وقد تم الإبلاغ عن تجربة في أكتوبر 2010 (انظر أيضًا مقالة LPL Spotlight أو نشرة أخبار UA) أنتجت جميع قواعد الحياة الخمسة للنيوكليوتيدات (الأدينين والسيتوزين واليوراسيل والثايمين والجوانين) واثنين من الأحماض الأمينية (الجلايسين والألانين) عند تعرض خليط من النيتروجين الجزيئي والميثان وأول أكسيد الكربون إلى أفران الميكروويف. ربما تكون الأرض المبكرة التي تحتوي على كميات ضئيلة من الأكسجين في غلافها الجوي قد أنتجت أول نيوكليوتيدات وأحماض أمينية بنفس الطريقة.

يتضمن المونتاج أدناه خريطة رادارية للبحيرات بالقرب من القطب الشمالي لتيتان. تمتلئ بالإيثان السائل والميثان وتتغذى من التسرب تحت السطح والأمطار. تبدو كثيرًا مثل البحيرات على الأرض ، يمكنك رؤية الخلجان والجزر وشبكات الروافد. البحيرة الكبيرة في الجزء العلوي من خريطة الرادار أكبر من بحيرة سوبيريور على الأرض. Kraken Mare ، التي يظهر جزء صغير منها في الجزء السفلي الأيسر من الخريطة ، بحجم بحر قزوين على الأرض. توجد أيضًا بحيرات بالقرب من القطب الجنوبي لتيتان. [البيانات المستخدمة لإنشاء المونتاج: صورة 939 نانومتر ، وصورة لامعة 5 ميكرون ، وصورة رادار.]


تيتان وتريتون وقمرنا بنفس المقياس.

إنسيلادوس

إنسيلادوس هو رابع أكبر قمر لكوكب زحل ويبلغ قطره 504 كم. يظهر أمام تيتان الأكبر بكثير في الصورة على اليسار من كاسيني. يدور إنسيلادوس حول 238000 كيلومتر من زحل في 1.37 يومًا. على الرغم من صغر حجمه ، إلا أن إنسيلادوس هو قمر ذو أهمية كبيرة لأنه يحتوي على أعلى بياض من أي قمر رئيسي (1.0) وهو نشط جيولوجيًا. توفر تدفئة المد والجزر كمية صغيرة فقط (حوالي 1/5) من الحرارة الداخلية لهذا القمر. تظهر المحاكاة أنه إذا كان القمر إنسيلادوس لديه اهتزاز طفيف في دورانه بين 0.75 و 2 درجة ، فإن التذبذب يمكن أن يولد حوالي خمسة أضعاف حرارة المد والجزر ، وكذلك ينتجها في المواقع المرصودة ذات الحرارة الأكبر في الشقوق في نصف الكرة الجنوبي. . النشاط الجيولوجي ساعده إنسيلادوس في كونه جليديًا في الغالب - كثافته 1.61X ماء. تذكر أن الجليد يمكن أن يتشوه ويذوب في درجات حرارة أقل من صخور السيليكات والمعادن.

يحتوي إنسيلادوس على ينابيع ماء حار (بخار وجليد) من قطبه الجنوبي تشير إلى محيط كبير من الماء السائل تحت سطحه الجليدي الشبيه بالمرآة. يمكن رؤية السخانات عندما يكون المرء على الجانب الآخر من إنسيلادوس وينظر للخلف باتجاه الشمس. تبعثر الجزيئات الصغيرة ضوء الشمس إلى الأمام نحو العارض. مادة السخان قادرة على الهروب من إنسيلادوس وتصبح جزءًا من الحلقة الإلكترونية لزحل. يبدو أن نشاط إنسيلادوس محلي في نصف الكرة الجنوبي. نصف الكرة الشمالي بها العديد من الحفر. وجد أخذ عينات من مادة السخان الأملاح (كلوريد الصوديوم وكلوريد البوتاسيوم) والكربونات الممزوجة بالماء. هذا يعني أن طبقة الماء السائل على اتصال مع اللب الصخري بدلاً من أن تكون محصورة بين طبقات الجليد. إذا كان هناك محيط تحت السطح الجليدي ، فهل ينبغي أن يكون إنسيلادوس مكانًا آخر للبحث عن الحياة إلى جانب أوروبا؟

في هذه الصورة أعلاه التي التقطت في نوفمبر 2009 ، أطلقت أكثر من 30 طائرة فردية بخار الماء والجليد على بعد مئات الكيلومترات من منطقة القطب الجنوبي.

تمثل منطقة القطب الجنوبي لإنسيلادوس تناقضًا صارخًا مع المناطق الواقعة في أقصى الشمال في الصورة على اليمين. في عرض الألوان المحسّن هذا ، تبرز الخطوط الزرقاء والكوتيجر. خطوط & quottiger & quot هي شقوق ترش الجزيئات الجليدية وبخار الماء والمركبات العضوية.

تريتون

يحتوي Triton على العديد من الخطوط السوداء على سطحه والتي قد تكون من التنفيس البركاني للنيتروجين المسخن إلى الحالة الغازية على الرغم من درجات الحرارة المنخفضة جدًا بسبب الضغوط الداخلية العالية. يبلغ ارتفاع نوافير النيتروجين حوالي 8 كيلومترات ثم تتحرك بالتوازي مع السطح بفعل الرياح في الجزء العلوي من الغلاف الجوي الرقيق. شيء آخر غير عادي في Triton هو مداره شديد الانحدار (فيما يتعلق بخط استواء نبتون). مداره الدائري رجعي (للخلف) مما يعني أن المدار يتحلل - يتصاعد تريتون إلى نبتون. مدار تريتون الغريب والمدار الإهليلجي للغاية لقمر نبتون الرئيسي الآخر ، نيريد ، يؤدي إلى اقتراح أن نبتون قد التقط تريتون عندما مر تريتون بالقرب منه. إذا لم يتم التقاطه ، فقد تأثر تريتون بالتأكيد بشيء يمر بالقرب من نظام نبتون.


تجربة ميلر أوري

في عام 1953 ، اختبر العالمان الأمريكيان ستانلي ميلر وهارولد أوري النظرية. قاموا بدمج غازات الغلاف الجوي بالكميات التي كان يعتقد أن الغلاف الجوي للأرض يحتوي عليها في وقت مبكر. ثم قاموا بمحاكاة المحيط في جهاز مغلق.

من خلال محاكاة صدمات البرق المستمرة باستخدام الشرارات الكهربائية ، تمكنوا من تكوين مركبات عضوية ، بما في ذلك الأحماض الأمينية. في الواقع ، تحول ما يقرب من 15 في المائة من الكربون في الغلاف الجوي النموذجي إلى كتل بناء عضوية مختلفة في أسبوع واحد فقط. يبدو أن هذه التجربة الرائدة تثبت أن الحياة على الأرض يمكن أن تكون قد تشكلت تلقائيًا من مكونات غير عضوية.


الغلاف الجوي المبكر للأرض: تحديث

استخدم علماء من NAI & # 8217s New York Centre for Astrobiology Institute في Rensselaer Polytechnic Institute أقدم المعادن على الأرض لإعادة بناء الظروف الجوية الموجودة على الأرض بعد وقت قصير من ولادتها. النتائج ، التي تظهر في العدد الحالي من مجلة Nature ، هي أول دليل مباشر على شكل الغلاف الجوي القديم للكوكب بعد فترة وجيزة من تكوينه وتتحدى بشكل مباشر سنوات من البحث حول نوع الغلاف الجوي الذي نشأت منه الحياة على الكوكب. .

أظهر العلماء أن الغلاف الجوي للأرض بعد 500 مليون سنة فقط من إنشائه لم يكن أرضًا قاحلة مليئة بالميثان كما اقترح سابقًا ، ولكنه بدلاً من ذلك كان أقرب إلى ظروف الغلاف الجوي الحالي. النتائج ، في ورقة بعنوان "حالة أكسدة صهارة هاديان وآثارها على الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر" ، لها آثار على فهمنا لكيفية ومتى بدأت الحياة على هذا الكوكب ويمكن أن تبدأ في مكان آخر في الكون.

لعقود من الزمن ، اعتقد العلماء أن الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر كان منخفضًا للغاية ، مما يعني أن الأكسجين كان محدودًا للغاية. كان من الممكن أن تؤدي مثل هذه الظروف التي تفتقر إلى الأكسجين إلى وجود جو مليء بالميثان الضار وأول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والأمونيا. حتى الآن ، لا تزال هناك نظريات ودراسات منتشرة على نطاق واسع حول كيفية بناء الحياة على الأرض من هذا الكوكتيل الجوي القاتل.

الآن ، يقلب العلماء في Rensselaer هذه الافتراضات المتعلقة بالغلاف الجوي رأساً على عقب من خلال النتائج التي تثبت أن الظروف على الأرض في وقت مبكر لم تكن ببساطة مواتية لتكوين هذا النوع من الغلاف الجوي ، بل إلى الغلاف الجوي الذي تهيمن عليه المركبات الغنية بالأكسجين الموجودة داخله. غلافنا الجوي الحالي - بما في ذلك الماء وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت.

قال بروس واتسون ، أستاذ العلوم بمعهد Rensselaer: "يمكننا الآن أن نقول بشيء من اليقين أن العديد من العلماء الذين يدرسون أصول الحياة على الأرض اختاروا ببساطة الغلاف الجوي الخطأ".

تستند النتائج إلى النظرية الشائعة بأن الغلاف الجوي للأرض يتكون من الغازات المنبعثة من النشاط البركاني على سطحه. اليوم ، كما كان الحال في الأيام الأولى للأرض ، تحتوي الصهارة المتدفقة من أعماق الأرض على غازات مذابة. عندما تقترب تلك الصهارة من السطح ، يتم إطلاق هذه الغازات في الهواء المحيط.

قال واتسون: "قد يجادل معظم العلماء بأن هذا الغاز المنبعث من الصهارة كان المدخل الرئيسي للغلاف الجوي". "لفهم طبيعة الغلاف الجوي" في البداية "، كنا بحاجة إلى تحديد أنواع الغازات الموجودة في الصهارة التي تزود الغلاف الجوي."

عندما تقترب الصهارة من سطح الأرض ، فإنها إما تنفجر أو تتوقف في القشرة ، حيث تتفاعل مع الصخور المحيطة ، وتبرد وتتبلور إلى صخور صلبة. يمكن أن تكون هذه الصهارة المجمدة والعناصر التي تحتوي عليها معالم فعلية في تاريخ الأرض.

أحد المعالم الهامة هو الزركون. على عكس المواد الأخرى التي تم تدميرها بمرور الوقت عن طريق التعرية والاندساس ، فإن بعض الزركون تكون قديمة قدم الأرض نفسها تقريبًا. على هذا النحو ، يمكن للزركون أن يروي حرفياً تاريخ الكوكب بأكمله - إذا كنت تعرف الأسئلة الصحيحة التي يجب طرحها.

سعى العلماء لتحديد مستويات أكسدة الصهارة التي شكلت هذه الزركون القديمة لتحديد ، لأول مرة على الإطلاق ، مدى تأكسد الغازات التي تم إطلاقها في وقت مبكر من تاريخ الأرض. إن فهم مستوى الأكسدة يمكن أن يوضح الفرق بين غاز المستنقعات السيئ ومزيج بخار الماء وثاني أكسيد الكربون الذي اعتدنا عليه حاليًا ، وفقًا لمؤلف الدراسة الرئيسي داستن تريل ، باحث ما بعد الدكتوراه في مركز علم الأحياء الفلكية.

قال تريل: "من خلال تحديد حالة أكسدة الصهارة التي خلقت الزركون ، يمكننا بعد ذلك تحديد أنواع الغازات التي ستشق طريقها في النهاية إلى الغلاف الجوي".

للقيام بهذا Trail ، أعاد Watson وزميلهم ، باحث ما بعد الدكتوراه نيكولاس تايلبي ​​، تكوين الزركون في المختبر عند مستويات أكسدة مختلفة. قاموا حرفيا بإنشاء الحمم البركانية في المختبر. أدى هذا الإجراء إلى إنشاء مقياس أكسدة يمكن مقارنته بعد ذلك بالزركون الطبيعي.

خلال هذه العملية ، بحثوا عن تركيزات معدن أرضي نادر يسمى السيريوم في الزركون. السيريوم هو مقياس أكسدة مهم لأنه يمكن العثور عليه في حالتي أكسدة ، مع أكسدة واحدة أكثر من الأخرى. كلما زادت تركيزات السيريوم المؤكسد بدرجة أكبر في الزركون ، زاد احتمال تأكسد الغلاف الجوي بعد تكوينه.

تكشف المعايرات عن جو به حالة أكسدة أقرب إلى الظروف الحالية. توفر النتائج نقطة انطلاق مهمة للبحث المستقبلي حول أصول الحياة على الأرض.

قال واتسون: "كوكبنا هو المسرح الذي تدور فيه الحياة كلها". "لا يمكننا حتى البدء في الحديث عن الحياة على الأرض حتى نعرف ما هي تلك المرحلة. وكانت ظروف الأكسجين مهمة للغاية بسبب كيفية تأثيرها على أنواع الجزيئات العضوية التي يمكن تكوينها ".

على الرغم من كونه الغلاف الجوي الذي تتنفسه الحياة حاليًا وتعيش فيه وتزدهر ، إلا أن غلافنا المؤكسد الحالي لا يُفهم حاليًا على أنه نقطة انطلاق رائعة للحياة. يمتلك الميثان ونظيراته التي تفتقر إلى الأكسجين إمكانات بيولوجية أكبر بكثير للقفز من المركبات غير العضوية إلى الأحماض الأمينية الداعمة للحياة والحمض النووي. على هذا النحو ، يعتقد واطسون أن اكتشاف مجموعته قد يعيد تنشيط النظريات التي ربما لم يتم إنشاء تلك اللبنات الأساسية للحياة على الأرض ، ولكن تم تسليمها من مكان آخر في المجرة.

ومع ذلك ، فإن النتائج لا تتعارض مع النظريات الموجودة حول رحلة الحياة من الكائنات اللاهوائية إلى الكائنات الهوائية. تحدد النتائج طبيعة جزيئات الغاز التي تحتوي على الكربون والهيدروجين والكبريت في الغلاف الجوي الأقدم ، لكنها لم تسلط الضوء على الارتفاع المتأخر للأكسجين الحر في الهواء. وفقًا لـ Trail ، كان لا يزال هناك قدر كبير من الوقت لتراكم الأكسجين في الغلاف الجوي من خلال الآليات البيولوجية.

اشترك للحصول على آخر الأخبار والأحداث والفرص من برنامج NASA Astrobiology Program.


الغلاف الجوي البدائي للأرض

حسنًا ، إحدى طرق معرفة ذلك هي قياس عنصر لا يتغير. أي ، قم بقياس عنصر ثقيل جدًا بحيث لا يمكن الهروب من الأرض حتى لا ينتقل إلى أي مكان ، ولا يتفاعل مع أي شيء حتى لا يتغير إلى شكل مختلف ويختفي عن الأنظار. أحد هذه العناصر هو 20 نيون (نيون). لم يفلت ولم يتغير إلى شيء آخر. ما هو هنا هو ما كان دائمًا هنا. قاس العلماء 3 أشياء مقدارها 20 نيوتن في الغلاف الجوي اليوم ، وكمية النيتروجين في الغلاف الجوي للأرض وكذلك في الشمس. إذا كانت الأرض لا تزال تحتفظ بغلافها الأصلي ، فإن توازن كمية النيتروجين إلى كمية النيون في الغلاف الجوي للأرض سيكون هو نفسه الغلاف الجوي للشمس ، أي الكميات "الكونية". ما تعلموه من هذه القياسات هو أن كمية النيتروجين مقارنة بكمية النيون في الأرض تزيد بمقدار 10000 عما ينبغي أن تكون! هذا يعني أن كل النيتروجين الإضافي في الغلاف الجوي للأرض جديد ويجب أن يأتي من مكان ما. علاوة على ذلك ، مع وجود كواكب صغيرة مثل الأرض والمريخ والزهرة ، سينجرف الغلاف الجوي بعيدًا في النهاية ما لم يتم تجديده بطريقة ما. يطلق العلماء على الغلاف الجوي الجديد جوًا ثانويًا ، ويعتقدون أن جميع الغازات الجديدة جاءت من البراكين. يشير هذا إلى أنه ، مع وجود الأرض على الأقل ، يتم تجديد الغلاف الجوي باستمرار من خلال النشاط البركاني.


الغلاف الجوي للأرض في السياق

ساعد فهمنا لكيفية تطور الغلاف الجوي للكواكب العلماء في دراسة الكواكب الأخرى الآن. على سبيل المثال ، تشير المعلومات التي جمعتها مركبة Curiosity إلى أن المريخ كان يتمتع بجو أكثر سمكًا في السابق ، لكنه فقد معظمه منذ ما يقرب من 4 مليارات سنة (Mahaffy et al. ، 2013). استنتج العلماء في وكالة ناسا ذلك من خلال دراسة وفرة ونظائر الأرجون في الغلاف الجوي للمريخ ، تمامًا كما درس أستون وبراون النيون على الأرض.

أبعد من ذلك ، بدأ علماء الفلك في استكشاف تيتان ، وهو قمر يدور حول زحل وله غلاف جوي سميك وغني بالنيتروجين. يعتقد العلماء أنه قد يكون له تكوين مشابه للغلاف الجوي الثانوي الذي كان من الممكن أن يكون للأرض قبل تطور الحياة. يوضح هذا كيف أن دراسة الغلاف الجوي للكواكب لا تزال تتطلب تحليل كوكبنا وكذلك الأجسام الأخرى في النظام الشمسي ، وكيف تعمل المعرفة التي نكتسبها على تحسين فهمنا لكليهما.

ملخص

تبحث هذه الوحدة في كيفية تغير الغلاف الجوي للأرض منذ ظهور الكوكب. بدءًا من الأدلة التي يوفرها غاز النيون ، تتتبع الوحدة كيفية تجميع العلماء لقصة الغلاف الجوي للأرض. تم وصف تقنيات لتحديد تركيز العناصر الموجودة على الأرض وكذلك تلك الموجودة على الكواكب والنجوم البعيدة جدًا للسماح للعلماء بجمع العينات.

المفاهيم الرئيسية

الغلاف الجوي المبكر للأرض كان له تكوين مختلف عن الغلاف الجوي الحديث.

تطور الغلاف الجوي الحديث للأرض على مدى مليارات السنين بسبب العديد من العمليات الجيولوجية المختلفة.

تأتي معرفتنا عن الغلاف الجوي البدائي للأرض من دراسة الغلاف الجوي للكواكب الأخرى وتكوين النجوم ، بالإضافة إلى أدلة من سجل الصخور.


هيكل الغلاف الجوي

هيكل الغلاف الجوي موضّح في [رابط]. يتركز معظم الغلاف الجوي بالقرب من سطح الأرض ، على بعد حوالي 10 كيلومترات من الأسفل حيث تتشكل الغيوم وتطير الطائرات. داخل هذه المنطقة - تسمى التروبوسفير- يرتفع الهواء الدافئ ، الذي يسخن بواسطة السطح ، ويتم استبداله بتيارات هابطة من الهواء البارد ، وهذا مثال على الحمل الحراري. هذا الدوران يولد السحب والرياح. في حدود التروبوسفير، تنخفض درجة الحرارة بسرعة مع زيادة الارتفاع إلى قيم قريبة من 50 درجة مئوية تحت درجة التجمد عند حدودها العليا ، حيث الستراتوسفير يبدأ. أكثر من الستراتوسفيرالتي تمتد إلى حوالي 50 كيلومترًا فوق السطح ، باردة وخالية من السحب.

هيكل الغلاف الجوي للأرض. يزداد الارتفاع إلى أعلى الجانب الأيسر من الرسم البياني ، وتظهر أسماء طبقات الغلاف الجوي المختلفة على اليمين. في طبقة الأيونوسفير العليا ، يمكن للأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس أن تجرد الإلكترونات من ذراتها ، تاركة الغلاف الجوي متأينًا. يوضح الخط الأحمر المنحني درجة الحرارة (انظر المقياس على المحور السيني).

بالقرب من الجزء العلوي من الستراتوسفير هي طبقة من الأوزون3) ، وهو شكل ثقيل من الأكسجين يحتوي على ثلاث ذرات لكل جزيء بدلاً من الذرتين المعتادتين. لأن الأوزون هو ممتص جيد للأشعة فوق البنفسجية ، فهو يحمي السطح من بعض الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة للشمس ، مما يجعل من الممكن وجود الحياة على الأرض. تفكك الأوزون يضيف الحرارة إلى الستراتوسفير، عكس اتجاه انخفاض درجة الحرارة في التروبوسفير. لأن الأوزون ضروري لبقائنا ، لقد تفاعلنا بقلق مبرر مع الدليل الذي أصبح واضحًا في الثمانينيات من هذا الغلاف الجوي الأوزون تم تدميره من قبل الأنشطة البشرية. بالاتفاق الدولي ، إنتاج المواد الكيميائية الصناعية التي تسبب الأوزون تم التخلص التدريجي من النضوب ، المسمى مركبات الكربون الكلورية فلورية. نتيجة ل، الأوزون توقفت الخسارة و & # 8220الأوزون يتقلص ثقب & # 8221 فوق القطب الجنوبي تدريجيًا. هذا مثال على كيف يمكن للعمل الدولي المتضافر أن يساعد في الحفاظ على قابلية الأرض للسكن.

على ارتفاعات تزيد عن 100 كيلومتر ، يكون الغلاف الجوي رقيقًا للغاية بحيث يمكن للأقمار الصناعية التي تدور حوله المرور عبره بقليل من الاحتكاك. تتأين العديد من الذرات بفقدان الإلكترون ، وغالبًا ما تسمى هذه المنطقة الأيونوسفير. عند هذه الارتفاعات ، يمكن للذرات الفردية الهروب من حين لآخر تمامًا من مجال الجاذبية للأرض. هناك تسريب مستمر وبطيء للغلاف الجوي - خاصة للذرات خفيفة الوزن التي تتحرك أسرع من الذرات الثقيلة. لا يمكن للغلاف الجوي للأرض ، على سبيل المثال ، أن يحتفظ لفترة طويلة بالهيدروجين أو الهيليوم اللذين يهربان إلى الفضاء. الأرض ليست الكوكب الوحيد الذي يعاني من تسرب في الغلاف الجوي. تسبب تسرب الغلاف الجوي أيضًا في تكوين الغلاف الجوي الرقيق للمريخ. تطور الغلاف الجوي الجاف لكوكب الزهرة لأن قربه من الشمس تبخر وفصل أي ماء ، مع فقدان الغازات المكونة في الفضاء.


من سأل عن كوكب الزهرة؟

من بين كل العوالم الصخرية في النظام الشمسي ، تأخذ الزهرة الكعكة - وبعد ذلك لديها المزيد. غلافه الجوي سميك بشكل خانق وسمي. على السطح ، يكون الهواء أكثر كثافة بمائة مرة مما هو عليه على الأرض ، مما يجعل "مستوى سطح البحر" على كوكب الزهرة يعادل الضغط الذي يضغط على الأذن 3000 قدم (900 متر) تحت الماء.

الأميال الموجودة على أميال لا هوادة فيها من الهواء فوق كوكب الزهرة تحبس الحرارة ، وهو تأثير الاحتباس الحراري الجامح في ازدهار كامل. إنه يجعل السطح ساخنًا جدًا لدرجة أنه أكثر دفئًا من عطارد ، على الرغم من أن الكوكب الأخير يجلس بالقرب من الشمس.

تريد إذابة بعض الرصاص؟ فقط اترك قضيبًا رئيسيًا جالسًا على سطح كوكب الزهرة ، وانتظر. سوف يقوم الغلاف الجوي ببقية العمل.

لجعل هذا الكابوس الجهنمية للكوكب أكثر سوءًا (لماذا لا) ، يحتوي الغلاف الجوي لكوكب الزهرة على كمية كبيرة من حمض الكبريتيك. يشكل الحمض غيومًا في الغلاف الجوي العلوي ، وتحتها ضباب ضبابي حساء البازلاء ، قبل أن يتكثف لينتج أمطارًا حمضية.

لكن هذا المطر الحمضي لا يصل حتى إلى السطح: فدرجات الحرارة والضغوط تتبخر بسرعة قبل أن تلامس الأرض.

هل كوكب الزهرة مقرف؟ تتحدى. هل هو مميز؟ حسنًا ، إنه بالتأكيد فريد من نوعه.


Super-Earth 55 Cancri e يمكن أن يكون لها غلاف سميك يشبه الأرض

كوكب خارجي صخري ساخن يسمى 55 Cancri e من المحتمل أن يكون له غلاف جوي أكثر سمكًا من غلاف الأرض ، مع مكونات يمكن أن تكون مماثلة لتلك الموجودة في الغلاف الجوي للأرض ، وفقًا لدراسة أجراها باحثون من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة كاليفورنيا ، بيركلي.

يظهر انطباع هذا الفنان عن الأرض الخارقة 55 Cancri e التي تدور حول النجم الشبيه بالشمس 55 Cancri A. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech.

55 كانكري إي واحد من خمسة كواكب تدور حول النجم الشبيه بالشمس 55 كانكري أ الذي يقع على بعد 40 سنة ضوئية ولكنه مرئي للعين المجردة في كوكبة السرطان.

اكتشف هذا الكوكب في عام 2004 ، ويبلغ نصف قطره ضعف قطر الأرض ، وكتلة أكبر بمقدار 8 مرات ، مما يجعله يسمى بالأرض الفائقة.

55 Cancri e تدور حول نجمها المضيف على مسافة 0.015 AU & # 8212 أقرب بحوالي 25 مرة من كوكب عطارد إلى شمسنا & # 8212 كل 18 ساعة.

الكوكب مغلق أيضًا بالمد والجزر ، مما يعني أنه لا يدور مثل الأرض & # 8212 بدلاً من ذلك ، هناك جانب "نهاري" وجانب "ليلي" دائم.

استنادًا إلى دراسة أجريت عام 2016 باستخدام بيانات من تلسكوب Spitzer Space Telescope التابع لناسا ، توقع علماء الفلك أن الحمم البركانية ستتدفق بحرية في البحيرات على الجانب المضاء بالنجوم وتصبح أكثر صلابة في مواجهة الظلام الدائم.

ستعكس الحمم البركانية الموجودة على جانب النهار إشعاعًا من النجم الأم ، مما يساهم في درجة الحرارة الإجمالية المرصودة للكوكب.

الآن ، وجد تحليل أعمق لنفس بيانات Spitzer أن 55 Cancri e من المحتمل أن يكون لها غلاف جوي يمكن أن تكون مكوناته مماثلة لتلك الموجودة في الغلاف الجوي للأرض ، ولكن أكثر سمكًا.

إن تعرض بحيرات الحمم البركانية مباشرة للفضاء بدون غلاف جوي من شأنه أن يخلق نقاطًا ساخنة محلية ذات درجات حرارة عالية ، لذا فهي ليست أفضل تفسير لأرصاد سبيتزر.

"إذا كانت هناك حمم بركانية على هذا الكوكب ، فستحتاج إلى تغطية السطح بالكامل. قال عالم الفلك في مختبر الدفع النفاث / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الدكتور رينيو هو "لكن الحمم البركانية ستكون مخفية عن رؤيتنا بسبب الغلاف الجوي السميك".

باستخدام نموذج مُحسَّن لكيفية تدفق الطاقة في جميع أنحاء الكوكب وإشعاعها مرة أخرى في الفضاء ، اكتشف الدكتور هو والدكتورة إيزابيل أنجيلو من مختبر الدفع النفاث وجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، أن الجانب الليلي من الكوكب ليس باردًا كما كان سابقًا فكر.

لا يزال الجانب "البارد" من 55 Cancri e ممتعًا تمامًا وفقًا للمعايير الأرضية ، بمتوسط ​​2400 إلى 2600 درجة فهرنهايت (1300 إلى 1400 درجة مئوية) ، والجانب الحار متوسط ​​4200 درجة فهرنهايت (2300 درجة مئوية).

يجب أن يكون الفرق بين الجانبين الساخن والبارد أكثر تطرفًا إذا لم يكن هناك جو.

يناقش العلماء ما إذا كان هذا الكوكب له غلاف جوي مثل الأرض والزهرة ، أو مجرد قلب صخري وليس له غلاف جوي ، مثل عطارد. قال الدكتور هو إن قضية الجو الآن أقوى من أي وقت مضى.

قال المؤلفون: "الغلاف الجوي لهذا الكوكب الغامض يمكن أن يحتوي على النيتروجين والماء وحتى الأكسجين & # 8212 الجزيئات الموجودة في غلافنا الجوي أيضًا & # 8212 ولكن مع درجات حرارة أعلى بكثير في جميع أنحاء".

"كثافة الكوكب مماثلة أيضًا لكثافة الأرض ، مما يشير إلى أنها أيضًا صخرية."

"الحرارة الشديدة من النجم المضيف ستكون أكبر من أن تدعم الحياة ، ومع ذلك ، ولن تتمكن من الحفاظ على الماء السائل."

إيزابيل أنجيلو وأمبير رينيو هو. 2017. حالة الغلاف الجوي على الأرض العملاقة 55 Cancri e. AJ، في الصحافة arXiv: 1710.03342


شاهد الفيديو: تعرف على طبقات الأرض و كيف استطاع العلماء دراسة باطن الأرض رغم صعوبة حفر ثقوب فيها (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Itz James

    أين هنا حقًا ضد الموهبة

  2. Chane

    أهنئ ، يبدو لي فكرة رائعة



اكتب رسالة