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

72734. История семьи в судьбе Отечества (вечер воспоминаний) 35 KB
  Цель: Затронуть патриотические чувства учащихся, сделать акцент на выборе доблестной и почетной профессии военного. Побуждать родителей делиться опытом о том, как в семье хранит память о старшем поколении, воспитываются моральные ценности, строятся отношения между поколениями, формируется отношение к окружающему миру.
72735. Бактерии полезные и вредные 42 KB
  Цель: выяснить какие бактерии полезные а какие вредные. Задачи исследования: выяснить где живут бактерии от чего зависит их жизнь какие бывают бактерии и микробы. Сидя перед телевизором часто слышу слова бактерии полезные бактерии вредные бактерии пробиотики пребиотики высказывания о различных йогуртах...
72736. Исследование влияния состава воздуха на здоровье населения города Омска 138.5 KB
  Город Омск – один из крупнейших городов азиатской части России с населением более 1,1 млн. человек. В процессе своей жизнедеятельности город, как и любой другой крупный населенный пункт, производит значительное количество веществ, загрязняющих окружающую среду: воздух, водные объекты и территорию.
72738. Английский язык – визитная карточка современного человека 152 KB
  Значение английского языка как языка межкультурной коммуникации и международного языка имеет в настоящее время неоспоримую значимость. Вся современная мировая общественность общается на английском языке, поскольку наибольшая часть коммуникаций самого различного характера...
72740. Возможности исследовательской работы в детском объединении художественно-эстетического направления (на примере детского театра моды «Виктория») 89 KB
  Детский театр моды - форма работы с детьми в дополнительном образовании предполагающая интеграцию декоративно-прикладной художественно-эстетической и театральной деятельности детей. Главным результатом работы в объединении конечным продуктом совместной деятельности является создание коллективной коллекции.