Maa on aurinkokuntamme ainoa planeetta, jolla on runsaasti vettä. Mistä tämä vesi tuli ja miksi maapallolla on niin paljon vettä verrattuna kaikkiin muihin aurinkokunnan planeetoihin?
Maa on aurinkokuntamme ainoa planeetta, jolla on runsaasti vettä. Mistä tämä vesi tuli ja miksi maapallolla on niin paljon vettä verrattuna kaikkiin muihin aurinkokunnan planeetoihin?
Oletuksesi, että muualla aurinkokunnassa ei ole paljon vettä, on virheellinen. NASA: n verkkosivuston tämän artikkelin mukaan;
Viime vuosina tehdyt tehtävät ovat kumoaneet näkemyksemme kuivasta aurinkokunnasta ja palauttaneet todisteita runsaasta vedestä laajasta joukosta sijainnit.
Aurinkokuntamme kaukaisista kulmista tulevat komeetat on valmistettu vedestä ja muista jääistä. Kiertoradat, laskeutuneet ja kuljettajat paljastavat Marsin vesipitoisena maailmana kaukaisessa menneisyydessä - maailmassa, joka nykyään saattaa sisältää kokonaisia maanalaisia jäätyneitä valtameriä. >
Jupiterin kuussa Europa on jäätynyt kuori, joka peittää paksun globaalin valtameren. Nykyisten arvioiden mukaan siinä on kaksinkertainen määrä vettä kuin kaikilla maapallon valtamerillä ja jokilla!
Käsitys siitä, että muualla aurinkokunnassa ei ole paljon vettä, johtuu todennäköisesti tosiasia, että maapallo on 'kultalukkoalueella', jossa vettä voi esiintyä kaikissa kolmessa vaiheessa planeetan pinnalla . Muiden aurinkokunnan planeettojen lämpötilat ovat joko niin kuumia, että ne voivat esiintyä vain höyryvaiheessa, tai niin kylmiä, että ne voivat esiintyä vain jäässä sen pinnalla tai nesteessä.
Vesi oli jo läsnä, kun maapallo kokoontui ulos valuma-levystä. Tulivuorten jatkuva kaasuttaminen siirsi veden ilmakehään, joka oli kyllästetty vedellä. Ja sade siirsi veden pintaan.
Maapallolla on suuri etu verrattuna muihin planeetoihin ja pienempiin aurinkokuntaobjekteihin. Se on riittävän suuri estääkseen vesimolekyylit poistumasta gravitaatiokentästä, ja sillä on magneettikenttä, joka estää ilmakehän eroosiota (Wikipedia). Tämä johtuu siitä, että maapallon uloin ydin on nestemäinen (liikkuva varattu neste = magneettikenttä). Marsilla oli todennäköisesti valtameriä, kunnes sen uloin ydin jähmettyi niin paljon, että konvektio lopetettiin. Sen jälkeen kun magneettikenttä katosi, muutama miljoona vuotta aurinkosäteilyä poisti kaiken ilmakehän ja valtameret.
Tärkeä asia ymmärtää on, että veden on täytynyt olla hyvin runsaasti protosolaarisessa kiekossa, kuten tobias jo totesi. Laajentamiseksi haluan vain koskettaa lyhyesti atomien runsautta, jota mitataan auringon koroon, esittää wikimedia-commons-kaavio:
(Sidenote: Nämä runsaudet verrataan hyvin tarkistettuihin Asplund2009 -lisävaroihin)
Me luulen, että nämä luvut edustavat auringon suurinta koostumusta, koska se polttaa heliumia vasta 4.567 gyrsistä. Siten koostumuksen oletetaan yleensä olevan alkukantainen tai mitä aurinkokunta aloitti.
Kuvitelkaamme nyt, kuinka tämä atomisekoitus kerääntyy nuorten maanpäällisten planeettojen ympärille ja keskitymme runsaimpiin alkuaineisiin H, He, C, N ja O. asetetaan sisään. Sitten muodostuu paljon $ H_2 $, Hän pysyy inertinä ja C, N, O yrittää reagoida vedyn kanssa yksinkertaisesti siksi, että kohtaamisten lukumäärä on paljon suurempi kuin CNO-ryhmän sisällä. Jotkut CO: t muodostuvat, koska tämä on erittäin stabiili molekyyli, mutta kun C loppuu ja protosolaarisessa sumusssamme on $ C / O \ n. 0,5 $, happea on vielä paljon jäljellä. Siten se väistämättä yhdistyy arvoon $ H_2O $.
Tuloksena on, että odotamme planeetan muodostavissa levyissä olevan todella paljon vettä.
Veden paeta tai tuhoutuminen tämän ajanjakson jälkeen on kuitenkin ilmeisesti myös erittäin tehokasta, ja muut vastaukset ovat koskeneet veden pysymistä maapallolla. Joten itse asiassa tähtitieteilijät ihmettelevät tällä hetkellä "minne kaikki vesi meni?"
Valtameret muodostuivat muille kallioisille planeetoille - ainakin Venukselle ja Marsille, ja lisäksi monille Jupiterin ja Saturnuksen kuille.
Ongelma on näiden kahden muut maanpäälliset " uberplanets ", joilla oli valtameriä - ts. edellä mainitut Venus ja Mars -, he menettivät ne, mutta melko eri tavoin.
asuttava alue. Valtameret haihtuivat ja hävisivät avaruuteen. Toimiva tapa on, että kun planeetta lämpenee, vesihöyrypitoisuus ilmakehässä kasvaa ja osa höyrystä nousee ilmakehän huipulle. Yläosassa UV-virtaus alkaa hajota (fotodissosiaatio) vesimolekyyleistä vapauttaen vetyä, joka sitten helposti poistuu, koska sen gravitoionisaatioenergia on hyvin alhainen (Venukselle, jonka pakenemisnopeus on 10,36 km / s, se on samanlainen) maahan - yhden $ \ mathrm {H} _2 $ -molekyylin, massa ~ 3,4 yg, riisuminen maksaa 0,18 aJ tai 1,1 eV, jonka fotonit voivat helposti toimittaa , tähtituuli tai muut tekijät. Syntyvän [monoatomisen] vedyn strippaus vie puolet tästä. Lopputulos on happirikas ilmakehä (lähes puhdasta happea) erittäin korkeassa paineessa, vaikka kemialliset reaktiot alla olevan kiven kanssa saattavat poistaa osan tästä.Mutta kuten huomaat, nykyinen ilmakehä on enimmäkseen hiilidioksidia, jolla on erittäin korkea pintalämpötila, ja vaikka yllä oleva onkin melko uskottavaa, on ihmettelettävä, miten tämä ilmakehä saavutettiin. No, tässä on asia. Aivan kuten maapallolla, Venuksella oli todennäköisesti levytektonika historiansa varhaisessa vaiheessa, kun sillä oli valtameriä. Merivesi näyttää olevan välttämätön komponentti levytektonisesta toiminnasta ainakin maapallon kokoisilla planeetoilla, joka toimii eräänlaisena "voiteluaineena", ja ilman sitä levytektoniikka ei voi toimia. Siksi, kun vesi on haihtunut Venukselta, kaikki sen tektoniikat olisivat pysähtyneet.
Levytektonian lopettaminen, vaikka se ei välttämättä vaikuta aloittelijalle (niin mitä? Mannerosat lopettavat liikkumisen ja lopetat maanjäristykset?), on todella katastrofaalinen tällaiselle planeetalle. Näet, että levytektoniikka tekee muutakin kuin vain siirtää mantereita, vuoria ja maanjäristyksiä. Mitä se eniten ratkaisevasti tekee, on toimia eräänlaisena "päästöventtiilinä" lämmölle, joka syntyy planeetan sisällä manttelikiviin sekoittuneiden alkeellisten radionuklidien hajoamisen seurauksena (enimmäkseen $ ^ {238} \ mathrm {U} $ ). Tämä johtuu siitä, että levitysvyöhykkeillä kuumia vaippamateriaaleja tihkuu (Islanti on hyvä maapallon esimerkki siitä, missä tämä prosessi sattuu vain tulemaan veden yläpuolelle ja voidaan nähdä paljaalla silmällä - youtube se, jos olet liian köyhä matkustamaan ), ja subduktiovyöhykkeille syntyy tulivuoria, kuten maapallon Tyynenmeren tulirenkaassa. Vapautunut materiaali siirtää lämmön ilmakehään ja siten lopulta säteilee avaruuteen, jolloin sisäinen lämpö valuu. Ilman tätä prosessia tuo lämpö erittyy paljon vähemmän tehokkaasti - lähinnä vain johtamalla maan läpi, mikä on kauheaa.
Seurauksena on, että kun menetät tektoniikan, radioaktiivinen lämpö alkaa rakentaa sisätilaan ja vaipan lämpötila alkaa nousta huomattavasti. Ja kun se alkaa, lopulta jotain on annettava. Ja mitä "antaa", ei ole aivan ymmärretty, mutta näyttää siltä, että joko tektoniikka käynnistyy uudelleen "lyhyen" ajan "kostolla", tai että siellä aloitetaan laajalle levinneet basaltiset tulvapurkaukset tai jokin näiden kahden yhdistelmä. Joka tapauksessa tuloksena on nopea - tietysti geologisessa mittakaavassa tosiasiassa noin 100 miljoonaa vuotta - "maailmanlaajuinen uudelleenpinnoitustapahtuma", joka johtaa jompaankumpaan tai yhdistelmään vanhan kuoren täydellisestä subduktiosta / mallinnuksesta (mikä on huomattavasti nopeampi tektonisen liikkeen nopeus kuin maan päällä - koko kuoren kierrättäminen yli 100 Myr: iin vaatii levyn liikkeen luokkaa 20 cm / vuosi, missä viimeisin nopein levyn liike [Intia] oli vain noin 4-6 cm / vuosi) , tai sen asteittainen hautaus virtauksiin, jotka ovat samanlaisia kuin Siperian ansoista, todennäköisesti useista tuuletuslähteistä, joka ulottuu niin pitkäksi ajaksi, että se kattaa ainakin kaikki matalat alueet. Molemmissa tapauksissa tapahtuu tulivuorikaasujen laajaa vapautumista, joka sisältää pääasiassa hiilidioksidia, ja joka muuntaa ilmakehän nopeasti "pakenevaksi kasvihuoneeksi", kuten näemme planeetalla tänään. Venuksen viimeinen GRE valmistui noin 500 ma: lla, ja sitä on voinut olla ennen sitä, kunnes siihen oli viimeksi valtameriä, ja on mahdollista, että nykyinen paksuus johtui tällaisesta jaksoketjusta vain yhden sijasta .
Marsin valtameret puolestaan näyttävät kärsineen melko hiljaisemmasta kuolemasta. Tässä tapauksessa näyttää siltä, että suurin ongelma oli se, että planeetta oli yksinkertaisesti liian pieni, eikä syy johtunut ulkoisten muutosten seurauksesta Auringon muutoksissa, vaan pikemminkin sisäisistä muutoksista. Sen koon ja massan puutteen vuoksi ytimen sisällä oli sekä vähemmän alkulämpöä että pienempi radionuklidikuormitus sisäisen lämpötilan ylläpitämiseksi. Sisustus olisi jäähtynyt siihen pisteeseen, että sen rauta sisempi ydin jäätyi kokonaan, ja se sulki planeetan magneettidynamon, jonka tiedämme olevan olemassa aikaisemmin sen ansiosta, että kuoressa on edelleen pieniä alueita "fossiilisista" magnetisaatioista rikkaiden magnetoituvien rautamineraalien pitoisuudet.
Ja tämä on ongelma, koska maan planeetan magneettikentän tarkoituksena on ohjata aurinkotuuli pois ilmakehästä. Ilman sitä tuuli iskee suoraan ilmakehään ja alkaa "roiskua" tai puhaltaa sen pois. Mars menetti siten ilmakehänsä komeetan hännän kaltaisessa vaikutuksessa, ja samalla myös valtameret menivät tuloksena olevan painehäviön ansiosta. Jäljelle jäi pieni määrä raskasta (ja siten vaikeasti poistettavaa) hiilidioksidia. Runaway-kasvihuoneita ei tuotettu, koska sisätilojen lämpötilanne oli päinvastainen - se ei ollut ylikuumentunut, vaan pikemminkin jäähdytetty.
Yleensä niin kauan kuin materiaalilla, josta muodostat planeettoja - eli tähtiä, on huomattava määrä vettä, kuten tyypillisesti tapahtuu, planeetat muodostavat valtamerten kemiallisen erilaistumisprosessin ansiosta, joka johtaa pinnan kerääntymiseen säiliö. Monissa tapauksissa ne voivat muodostaa paljon enemmän valtameren, kuten olemme nähneet havaitsemalla aurinkokennon ulkopuolisia planeettajärjestelmiä planeetoilla, joilla voi olla satoja kilometrejä paksuja "valtamerikerroksia" (teknisesti tämä olisi vain neste valtameri oikea noin noin 100 km: iin saakka - paine nousee siinä vaiheessa riittävän korkeaksi [vaikka tarkka syvyys riippuu paikallisesta painovoimasta] veden jäädyttämiseksi puristamalla [paine noin 1 GPa, Vertailun vuoksi Marianat maan päällä 10 km: n syvyydessä ovat noin 100 MPa], ja loput kerroksesta tämän pisteen alapuolella on erilaisia korkean paineen jäävaiheita), joten ei paljaita maita. Kaikki riippuu sen muodostavan materiaalin vesipitoisuudesta, ja se on varsin vaihteleva.
(Voidaan itse asiassa pitää tiettyjä Jupiterin ja Saturnuksen kuita todellisuudessa aurinkokunnan esimerkkeinä tällaisesta planeetan koostumus, vain paljon pienemmässä koossa, koska aurinkokennon ulkopuoliset esimerkit ovat yhden Maan massan pohjoispuolella ( 6000 dollaria \ \ mathrm {Yg} $ ).)
Vettä ei ollut koskaan ollut läsnä maapallolla ennen sen syntymistä, ja se on varmaa.
Tähtitieteilijät tajusivat, että valmiita lähteitä on kaksi: komeetat ja asteroidit, aurinkokunnan sora, joka on täynnä planeettakiviä. Ensisijainen ero näiden kahden välillä on se, että komeeteilla on tyypillisesti suurempi pitoisuus ainesosia, jotka höyrystyvät kuumennettaessa, mikä vastaa niiden ikonisia kaasumaisia pyrstöjä. Sekä komeetat että asteroidit voivat sisältää jäätä. Ja jos törmäämällä maapalloon he lisäävät materiaalin määrän, jonka joidenkin tutkijoiden epäillään, tällaiset ruumiit voisivat helposti tuottaa valtamerien vettä. Niinpä kumpaankin on sormet epäiltyinä mysteerissä.
Näiden kahden välillä päättäminen on haastavaa, ja vuosien mittaan tieteellinen arvio on vaihtunut toisesta. Kuitenkin viimeisimmät havainnot heidän kemiallisista meikeistään vievät asteikon kohti asteroideja. Tutkijat kertoivat esimerkiksi viime vuonna, että asteroidien erilaisten vetymuotojen suhteet näyttävät vastaavan paremmin mitä löydämme täältä maapallolta. Analyysit perustuvat kuitenkin rajoitettuihin näytteisiin, joten meillä on hyvät mahdollisuudet, ettemme ole vielä kuulleet lopullista sanaa