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

24707. ТН. Схемы соединений 187 KB
  Начала и концы первичных и вторичных обмоток ТН Н н и К к обозначаются так же как и у силовых трансформаторов: у первичной обмотки А и X у вторичной соответственно а и х. Начала каждой обмотки А В С присоединяются к соответствующим фазам ЛЭП а концы X Y Z объединяются в общую точку нейтраль N и заземляются подводится напряжение фазы ЛЭП относительно земли. Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли....
24708. ТТ и их погрешности. Параметры влияющие на уменьшение намагничивающего тока 112.5 KB
  Параметры влияющие на уменьшение намагничивающего тока. ТТ являются вспомогательными элементами с помощью которых ИО РЗ получают информацию о значении фазе и частоте тока защищаемого объекта. Основным требованием к ТТ является точность трансформации контролируемого тока с погрешностями не превышающими допустимых значений. Трансформатор тока рис.
24709. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ТТ 192.5 KB
  Вторичные обмотки ТТ и обмотки реле соединяются в звезду и связываются их нулевые точки рис. При нормальном режиме и трехфазном КЗ в реле I II и III проходят токи фаз Ia = IA KI Ib = IB KI Ic = IC KI а в нулевом проводе их геометрическая сумма: которая при симметричных режимах равна нулю рис. Соответствующий ему вторичный ток протекает также только через одно реле и замыкается по нулевому проводу.12г ток проходит в двух реле включенных на поврежденные фазы рис.
24710. Требования к точности ТТ. Выбор ТТ 162.5 KB
  Точность работы ТТ питающих измерительные приборы характеризуется классом точности а РЗ предельной кратностью первичного тока I10=I1max I1HOM и допустимой нагрузкой. Трансформаторы тока класса Р предназначены для РЗ. Пользуясь кривой для расчёта погрешности ТТ можно задаваясь определенным значением ZH определять допустимую кратность первичного тока I10 при которой полная погрешность не превосходит 10 или задаваясь значением предельной кратности К10 определять допустимое значение ZH. Тип ТТ выбирают с учетом тока...
24711. Выбор тока срабатывания МТЗ. Выдержка времени срабатывания защиты 148 KB
  Выбор тока срабатывания МТЗ. Исходным требованием для выбора тока срабатывания МТЗ является чтобы она надежно работала при повреждениях на защищаемом участке но в то же время не действовала при максимальном рабочем токе нагрузки и кратковременных перегрузках вызванных пуском и самозапуском электродвигателей которыйможет существенно превосходить суммарный максимальный рабочий ток нагрузки установившегося режима. Для отстройки МТЗ от 1нмах необходимо выполнить два условия: 1 МТЗ пришедшая в действие при КЗ в сети вне защищаемой ЛЭП...
24712. МТЗ на переменном оперативном токе. Схемы питания оперативных цепей МТЗ от выпрямительных блоков 165.5 KB
  Схемы с дешунтированием электромагнитов отключения выключателя выполняются на электромеханических реле с зависимой и независимой характеристикой выдержки времени. Выбирается первичный и вторичный токи срабатывания токовых реле IС3 и IСР. Сопротивление обмоток реле времени и промежуточных реле Zp принимается при разомкнутой вторичной цепи ПНТ этих реле. Проверяется надежность работы вспомогательных реле и ЭО после дешунтирования ЭО: где IСЭО ток срабатывания ЭО; I'2 вторичный ток ТТ после дешунтирования.
24713. Токовые отсечки. Токовая направленная защита 135 KB
  Токовые отсечки. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени. Поэтому ток срабатывания отсечки должен быть больше максимального тока КЗ . Зона действия отсечки с выдержкой времени выходит за пределы защищаемой ЛЭП и должна отстраиваться от конца зоны РЗ смежного участка по току и по времени.
24714. Защита от КЗ на землю в сети с глухозаземлённой нейтралью 176 KB
  Схема этой РЗ состоит из одного ИО пускового токового реле КАО рис.4 а б реле времени КТ и исполнительного реле KL. Реле тока КАО включено на фильтр тока НП в качестве которого используется нулевой провод ТТ соединенных по схеме полной звезды. При появлении тока 3I0 реле КАО срабатывает и приводит в действие реле времени КТ; последнее через время t подает сигнал на промежуточное реле KL которое дает команду на отключение выключателя.
24715. Токовая направленная защита нулевой последовательности. Выбор уставок 127 KB
  Выдержки времени на защитах НТЗ НП действующих при одном направлении мощности выбираются по ступенчатому принципу. Здесь КАО пускового реле реагирующего на появление КЗ на землю KW0 реле направления мощности реле времени КТ. Отсечки НП выполняются направленными и ненаправленными мгновенными и с выдержкой времени. Схема отсечки с выдержкой времени выполняется так же как и для МТЗ НП рис.