34681

Хімічний склад атмосфер інших планет

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Початок формування атмосфери повязаний з еволюцією Сонця, з процесом його перетворення молодої зірки в дорослу. Цей процес характеризувався гравітаційним ущільненням до планет (космічного пилу) та газів сонячного туману.

Украинкский

2013-09-08

204 KB

3 чел.

Хімічний склад атмосфер інших планет

Концепція геосистеми, або концепція Землі як системи чітко розкривається при розгляді історії виникнення, формування і розвитку атмосфери Землі.

Початок формування атмосфери пов'язаний з еволюцією Сонця, з процесом його перетворення молодої зірки в дорослу. Цей процес характеризувався гравітаційним ущільненням до планет (космічного пилу) та газів сонячного туману.

Внаслідок цього виникло багато інших планет з власними орбітами.

Планети Сонячної стистеми можна вважати побічними продуктами утворення Сонця.


Відносні розміри та послідовність планет Соняної системи.

Relative sizes and sequence of the planets in our solar system 
(positions are not to scale)

Як відбувається утворення (народження) зірок.

Зірки утворюються з міжпланетних газо-пилових  утворень (туманностей), які мають типові розміри близько 30 світлових років і в 10 000 разів перевищують розмір нашого Сонця. Якщо ці газо-пилові хмари набирають обертальних рухів, то поступово виникає і посилюється сила  гравітації, яка „стискає” розсіяні у просторі речовини (гравітаційна концентрація). Гравітаційне стискання міжпланетної речовини призводить до утворення високих тисків і температур. Коли температура згущеної газо-пилової туманності досягає близько 10 000 000 К (1.107К), то відбувається сплавлення речовин.

Небула (туманність) - гіпотеза 

Описує можливу послідовність формування сонячної системи (рис  ):

а)гравітаційна концентрація пило-газової хмари під час її обертання призводить до ущільнення центрального її регіону (формування Сонця) і більш розсіяних виположених (плоских) туманностей;

б) частки галактичного пилу концентрувалися навколо Сонця в одній площині галактики у вигляді диску;

в) подальше прирощення космічного пилу призвело до утворення численних планетоподібних утворень з діаметром до декількох кілометрів. Зіткнення між ними приводило до захоплення, руйнування планет, відхилення їх орбіт

г) масивніші планетоподібні утворення захоплювали менші, відбувалося укрупнення планет; неконденсований газ видалявся в космічний простір з „сонячним вітром”. 

Рис. Послідовність утворення Сонячної системи згідно небула-гіпотези.

Теоретичні розрахунки показують, що перетворення пило- і газоподібної суміші шляхом гравітаційного концентрування в планети відбувався протягом короткого геологічного періоду 50-100 млн. років.

Хімічний склад атмосфер  планет

Зовнішні планети Сонячної системи (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон) мають відмінний хімічний склад атмосфери,  ніж Земля. В атмосферах цих планет переважають водень та гелій (табл.. ).

Деякі характеристики планет Сонячної системи та головні компоненти їх атмосфер

Планети

Діаметр (км)

Відстань від Сонця 
(
x106 км)

Поверхнева температура
(°C)

Густина
(
г/см3)

Головні компоненти атмосфери 

Сонце

1,392,000

-

5,800

 

-

Меркурій

4,880

58

260

5.4 (тверда порода)

-

Венера

12,100

108

480

5.3 тверда порода )

CO2

Земля

12,750

150

15

5.5 ( тверда порода )

N2, O2

Марс

6,800

228

-60

3.9 ( тверда порода )

CO2

Юпітер

143,000

778

-150

1.3 (льодове утворення)

H2, He

Сатурн

121,000

1,427

-170

0.7 ( льодове утворення )

H2, He

Уран

52,800

2,869

-200

1.3 ( льодове утворення )

H2, CH4

Нептун

49,500

4,498

-210

1.7 ( льодове утворення )

H2, CH4

Плутон

2,300

5,900

-220

2.0

CH4

 

 Причиною відмінностей  між внутрішніми планетами, складеними твердими породами і зовнішніми, які являють собою льдові утворення є процеси  гравітаційної диференціації речовин за їх масами згідно конденсаційної небула-теорії.

 

При температурах близько 1300К метали і силікати ущільнюються і утворюються тверді гранули. При нижчих температурах багато летких мінералів перетворюються в тверді сполуки і при температурах, нижчих 400К гідрогеномісткі гази, такі як метан та  аміак (амоній?) переходять в твердий стан.

Гідроген та гелій залишаються газами. Для внутрішніх планет при  підвищенні температури відбувалося формування твердої речовини з силікатів, заліза, тощо. Гідроген та гелій можливо „здувалися” сонячним вітром.

Для зовнішніх планет гідроген та гелій затримувалися завдяки комплексному впливу сильнішої гравітації цих масивних планетних утворень та процесів льодоутворення.

Космічні та наземні спостереження останніх двох десятиліть дали можливість отримати різноманітну інформацію про атмосфери планет Сонячної системи.

Порівняння теплового (радіаційного)

балансу Землі з Венерою та Марсом

В табл. 3.1 порівнюються деякі фізичні і хімічні особливості Землі і ____________ з нею планет Венери та Марса.

Як видно з цієї таблиці загальні маси і геометричні розміри Землі і Венери є дуже подібними. В той же час, маса Марсу досягає ледве 10% маси Землі.

Венера віддалена від Сонця на 100 млн. км, Земля в півтора рази далі, а Марс трохи більше ніж удвічі далі ніж Земля.

Наслідком такого розміщення є різниця в величині сонячної сталої для цих планет: на Землі вона вдвічі менша, ніж на Венері, а на Марсі вдвічі менша, ніж на Землі.

На основі простого аналізу цих даних можна прийти до висновку що найвища температура (найтепліше) повинно бути на Венері, холодніше на Землі і ще холодніше на Марсі.

В таблиці 3.1 порівнюються деякі характеристики Землі і подібних до неї планет – Венери та Марсу. Дані таблиці свідчать про різноманітні хімічні і кліматичні умови на цих планетах. Порівнюючи з земною атмосферою, атмосфера Венери містить значно меншу кількість води, менше N2 і O2, має значно вищу концентрацію вуглекислого газу і дуже високу концентрацію двоокису сірки (SO2).

В атмосфері Марсу переважає вуглекислий газ. Вона має дуже _____________ вміст N2 і O2, мало Н2О, характеризується відсутністю сірки.

Таблиця

Фізичні властивості Землі та сусідніх планет

Особливості

Венера

Земля

Марс

Загальна маса, (1027)

5

6

0,6

Радіус, км

6049

6371

3390

Маса атмосфери (співвідношення)

100

1

0,06

Відстань до Сонця (106 км)

108

150

228

Сонячна стала, Вт/м2

2613

1380

589

Альбедо, %

75

30

15

Покриття хмарами, %

100

50

Змінюється

- ефективна температура випромінювання, °С

-39

-18

-56

- середня температура поверхні, °С

427

15

-53

Парниковий «підігрів», °С

466

33

3

N2, %

2

78

2,5

О2, %

1 ррmv

21

0,25

СО2, %

98

0,035

96

Н2О, %

0,3-110-4

3-410-4

0,001

SO2

150 ррmv

1 ррbv

Немає

Склад хмар

H2SO4

Н2О

ПИЛ, Н2О, СО2

Температура поверхонь планет різно відрізняються. Так на Венері на сотні градусів температура вища, ніж на Землі, а на Марсі набагато холодніше.

Цю різницю частково можна пояснити характером розміщення планет відносно Сонця. Але є ще й інші передумови формування фізико-хімічних особливостей атмосфери цих планет. Можливо ці відмінності виникли ще в процесі формування планет, коли відбувалося зв’язування твердих часток з леткими (Н2О, С, Cl, S, i N). Таким чином, на планетах, близьких до Сонця, під впливом високих температур формування гідратних сполук, таких як, наприклад, тальк [Mg3Si2O10(OH)4], чи серпентин [Mg3Si2O5(OH)4] вважається малоймовірним. Саме тому на Венері утворилося зовсім мало води, на Землі – більше, а на Марсі ще більше.

Мінералогічні дослідження та аналіз температур на планетах показали, що Венера і Земля під час формування мали однаковий вміст СО2,  Cl і S. В той же час на Марсі було більше сірки і хлору, але менше СО2, ніж на Землі.

Після виникнення планет відбувався процес їх «дегазації». Цей процес залежить ___________ від температури середовища і зрозуміло, що на Венері він проходив набагато швидше, ніж на Землі. Оскільки Венера __________ бідна на воду, то під час «дегазації» в атмосферу надходили великі кількості SO2 і СО2. СО2 призвів до формування неконтрольованого планетарного надлишкового ефекту.

Без існування води. В якій могли б розчинитися надлишки СО2, без рослин і тварин, які могли б поглинати вуглекислий газ, він зміг стабілізуватися в атмосфері Венери лише при високих концентраціях, умови несприятливі для життя.

Протилежний процес відбувався на Марсі. Через низькі температури на цій планеті не відбулася ефективна дегазація СО2, щоб викликати парниковий ефект. Виділення найважливішого надлишкового газу цієї планети – Н2О теж було недостатнім, а без води формування процесів розчинення та опадоутворення важливих функцій атмосфери було неможливим.

Планетарне альбедо відрізняється теж досить суттєво і формує ефективні температури випромінювання (тепловий баланс?) 234К(-39°С) для Венери, 255К(-18°С) для Землі і 217К(-56°С) для Марсу.

Іншими словами, саме через особливості розміщення планет у космічному просторі Марс є найхолоднішою із трьох планет, а Земля найтеплішою.

Температури поверхонь планет змінюються певним чином у відношенні до ефективних температур, але цей зв'язок не дуже суттєвий.

Венера є найтеплішою планетою з температурою 427°С на її поверхні, на Землі ця температура досягає в середньому 15°С і на Марсі – -53°С.

Як свідчать подані в таблиці дані, на Венері спостерігається дуже сильний парниковий ефект, на Землі він має помірний вплив, а на Марсі – практично відсутній.

Причиною цього є потужна атмосфера Венери, яка за своєю масою в 100 разів перевищує масу атмосфери Землі і складається в основному із парникових газів СО2, Н2О, SО2.

Хоча атмосфера Марсу містить більше СО2 ніж атмосфера Землі, вона в 100 разів містить менше водяної пари.

Така особливість складу атмосфери разом із меншою кількістю сонячного випромінювання, пояснює низьку температуру поверхні планети.

Виконаний аналіз фізико-хімічних параметрів сусідніх планет Сонячної системи показав, що хімічний склад атмосфери впливає на їх тепловий баланс (радіаційний) і зміни цього складу можуть викликати суттєві зміни клімату.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6669. Фокальные (парциальные) формы эпилепсии 29.27 KB
  Фокальные (парциальные) формы эпилепсии Клиническая картина парциальных приступов зависит от расположения очага поражения. Простой парциальный приступ протекает без изменения или потери сознания, пациент сам рассказывает о своих ощущениях (в случае,...
6670. Генетические факторы в развитии цереброваскулярной патологии 20.98 KB
  Генетические факторы в развитии цереброваскулярной патологии Цереброваскулярная патология и, в частности, инсульт занимают одно из ведущих мест в структуре смертности и инвалидизации в Российской Федерации и в мире. Основными факторами риска церебро...
6671. Артериальная гипертензия - стойкое повышение АД 23.53 KB
  Артериальная гипертензия Артериальная гипертензия - это стойкое повышение АД выше 140/90 мм рт. ст. (в соответствии с критериями ВОЗ). Выделяют первичную (эссенциальную) и вторичную гипертензию. Первый вариант используется для описания хроничес...
6672. Суточное мониторирование артериального давления (СМАД) 23.56 KB
  Суточное мониторирование артериального давления (СМАД). Артериальное давление в норме и у лиц с артериальной гипертензией изменяется в течение суток, и поэтому большое значение для определения тяжести АГ, назначения антигипертензивной терапии, оптим...
6673. Генетические аспекты регуляции артериального давления и развития артериальной гипертензии 20.21 KB
  Генетические аспекты регуляции артериального давления и развития артериальной гипертензии На основании результатов полногеномного сканирования к настоящему времени выявлено более 30 локусов на разных хромосомах, имеющих отношение к регуляции артериа...
6674. Моногенные формы артериальной гипертензии 21.72 KB
  Моногенные формы артериальной гипертензии Большое количество информации по генетике артериальной гипертензии было получено при выявлении нарушений в отдельных генах, благодаря которым были охарактеризованы Менделевские (моногенные) формы гипертонии....
6675. Полигенные формы артериальной гипертензии 22.58 KB
  Полигенные формы артериальной гипертензии Эссенциальная артериальная гипертензия является мультифакторным расстройством, обусловленным сочетанием генетических, демографических факторов и факторов окружающей среды. Существенная роль в патогенезе арте...
6676. Гены, регулирующие функцию рецепторов на тромбоцитах 22.59 KB
  Гены, регулирующие функцию рецепторов на тромбоцитах Функционирование системы гемостаза осуществляется взаимодействующими между собой компонентами стенок кровеносных сосудов, клеток крови (в первую очередь тромбоцитами) и плазмы крови. Функционально...
6677. Гены, регулирующие синтез фибриногена 20.73 KB
  Гены, регулирующие синтез фибриногена. Наряду с тромбоцитами маркером сердечно-сосудистой и цереброваскулярной патологии является повышенный уровень фибриногена. Одной из причин, приводящих к изменению концентрации фибриногена в крови, могут быть ст...