Atmosphäre

Der Planet Mars hat eine Atmosphäre aus dünnen Gasenschichten.
Die atmosphärischen Gase rund um die Erde Blaues Licht streuen (kürzere Wellenlängen) mehr als Licht in Richtung des roten Ende (längere Wellenlängen) der sichtbares Spektrum; Also a blau Über den Horizont leuchten, wird gesehen, wenn Erde beobachten aus Weltraum.
Ein Diagramm der Schichten von Erdatmosphäre

Ein Atmosphäre (aus Altgriechisch ἀτμός (atmós)"Dampf, Dampf" und σφαῖρα (sphaîra)"Kugel") ist eine Schicht von Gas oder Schichten von Gasen, die a umhüllen Planet, und wird von der an Ort und Stelle gehalten Schwere des Planetenkörpers. Ein Planet behält eine Atmosphäre, wenn die Schwerkraft großartig ist und die Temperatur der Atmosphäre ist niedrig.[1] A Sternatmosphäre ist die äußere Region eines Sterns, der die Schichten über dem enthält undurchsichtig Photosphäre; Sterne mit niedriger Temperatur können äußere Atmosphären haben, die eine Verbindung enthalten Moleküle.

Das Atmosphäre der Erde besteht aus Stickstoff- (78%), Sauerstoff (21%), Argon (0,9%), Kohlendioxid (0,04%) und Spurengase.[2] Die meisten Organismen verwenden Sauerstoff für Atmung; Blitz und Bakterien führen zu Stickstoff-Fixierung produzieren Ammoniak das wird verwendet, um zu machen Nukleotide und Aminosäuren; Pflanzen, Algen, und Cyanobakterien Verwenden Sie Kohlendioxid für Photosynthese. Die geschichtete Zusammensetzung der Atmosphäre minimiert die schädlichen Auswirkungen von Sonnenlicht, Ultraviolett Strahlung, die Sonnenwind, und kosmische Strahlung Organismen vor genetischen Schäden zu schützen. Die derzeitige Zusammensetzung der Atmosphäre der Erde ist das Produkt von Milliarden von Jahren biochemischer Modifikation der Paleoatmosphäre durch lebende Organismen.[1]

Komposition

Die anfängliche gasförmige Zusammensetzung einer Atmosphäre wird durch die Chemie und Temperatur des Lokalen bestimmt Solarnebel von wem a Planet wird gebildet, und die anschließende Ausgabe einiger Gase aus dem Inneren der eigentlichen Atmosphäre. Die ursprüngliche Atmosphäre der Planeten stammte aus einer rotierenden Gasenscheibe, die auf sich selbst zusammenbrach und dann in eine Reihe von Gasringen und Materie unterteilt wurde, die später kondensierten, um die Planeten des Sonnensystems zu bilden. Die Atmosphären der Planeten Venus und Mars bestehen hauptsächlich aus Kohlendioxid und Stickstoff-, Argon und Sauerstoff.[3]

Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre wird durch die Nebenprodukte des Lebens bestimmt, die sie aufrechterhält. Trockenluft (Mischung aus Gasen) aus Erdatmosphäre Enthält 78,08% Stickstoff, 20,95% Sauerstoff, 0,93% Argon, 0,04% Kohlendioxid und Spuren von Wasserstoff, Helium und anderen "edlen" Gasen (nach Volumen), aber im Allgemeinen ist auch eine variable Menge Wasserdampf vorhanden, durchschnittlich vorhanden Etwa 1% auf Meereshöhe.[4]

Die niedrigen Temperaturen und die höhere Schwere des Sonnensystems des Sonnensystems RiesenplanetenJupiter, Saturn, Uranus und Neptun- sie leichter verschließen, um Gase mit niedrig zu halten Molekülmassen. Diese Planeten haben Wasserstoff -Helium -Atmosphären mit Spuren von komplexeren Verbindungen.

Zwei Satelliten der äußeren Planeten besitzen signifikante Atmosphären. Titan, ein Mond des Saturn, und Triton, ein Mond von Neptun, haben Atmosphären hauptsächlich von Stickstoff-. In dem Teil seiner Umlaufbahn, der der Sonne am nächsten ist, Pluto hat eine Atmosphäre von Stickstoff und Methan ähnlich wie Tritons, aber diese Gase sind eingefroren, wenn es weiter von der Sonne entfernt ist.

Andere Körper innerhalb der Sonnensystem haben extrem dünne Atmosphären nicht im Gleichgewicht. Dazu gehören die Mond (Natrium Gas), Quecksilber (Natriumgas), Europa (Sauerstoff), Io (Schwefel), und Enceladus (Wasserdampf).

Der erste Exoplanet, dessen atmosphärische Zusammensetzung bestimmt wurde, ist HD 209458B, ein Gasriese mit einer engen Umlaufbahn um einen Stern in der Konstellation Pegasus. Die Atmosphäre ist auf Temperaturen über 1.000 K erhitzt und entkommt stetig in den Weltraum. Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Schwefel wurden in der aufgeblähten Atmosphäre des Planeten nachgewiesen.[5]

Struktur

Erde

Das Atmosphäre der Erde besteht aus Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie z. B. spezifische gasförmige Zusammensetzung, Temperatur und Druck. Die niedrigste Schicht der Atmosphäre ist die Troposphäre, was sich von der Planetenoberfläche bis zum Boden des Bodens erstreckt Stratosphäre. Die Troposphäre enthält 75-80 Prozent der Masse der Atmosphäre,[6] und ist die atmosphärische Schicht, in der das Wetter auftritt; Die Höhe der Troposphäre variiert zwischen 17 km am Äquator und 7,0 km an den Polen. Die Stratosphäre erstreckt sich von der Oberseite der Troposphäre bis zum Boden der Mesosphäreund enthält die Ozonschichtin einer Höhe zwischen 15 km und 35 km. Es ist die atmosphärische Schicht, die den größten Teil der absorbiert UV-Strahlung Diese Erde erhält von der Sonne. Die Mesosphäre reicht von 50 km bis 85 km und ist die Schicht, in der die meisten Meteore werden vor dem Erreichen der Oberfläche verbrannt. Das Thermosphäre erstreckt sich von einer Höhe von 85 km bis zur Basis der Exosphäre bei 690 km und enthält die Ionosphäre, wo Sonnenstrahlung die Atmosphäre ionisiert. Die Dichte der Ionosphäre ist tagsüber in kurzen Entfernungen von der planetarischen Oberfläche größer und nimmt ab, wenn die Ionosphäre nachts steigt, wodurch ein größerer Bereich von Radiosfrequenzen mehr Entfernungen zurücklegen kann. Darüber hinaus befindet sich in der Thermosphäre die Kármán Linie bei 100 km, was die Grenze zwischen ist Weltraum und Erdatmosphäre. Das Exosphäre beginnt bei 690 bis 1.000 km von der Oberfläche und erstreckt sich auf ungefähr 10.000 km, wo es mit dem interagiert Magnetosphäre der Erde.

Druck

Atmosphärischer Druck ist der Macht (pro Flächeneinheit) senkrecht zu einer Einheit der planetarischen Oberfläche, wie durch die bestimmt Gewicht der vertikalen Säule der atmosphärischen Gase. In diesem atmosphärischen Modell die Luftdruckdas Gewicht der Masse des Gases nimmt aufgrund der abnehmenden Masse des Gases über dem Punkt von in großer Höhe ab Barometrie Messung. Die Einheiten des Luftdrucks basieren auf dem Standardatmosphäre (atm), das ist 101.325KPA (760Torr, or 14.696Pfund pro Quadratzoll (PSI). Die Höhe, in der der atmosphärische Druck um einen Faktor von abnimmt e (ein irrationale Zahl gleich 2,71828) wird genannt Skalierungshöhe (H). Für eine Atmosphäre der gleichmäßigen Temperatur ist die Skalierungshöhe proportional zur atmosphärischen Temperatur und umgekehrt proportional zum Produkt des Mittelwerts molekulare Masse der trockenen Luft und der lokalen Beschleunigung der Schwerkraft am Zeitpunkt der barometrischen Messung.

Flucht

Oberflächengravitation unterscheidet sich von den Planeten erheblich. Zum Beispiel die große Gravitationskraft des riesigen Planeten Jupiter behält leichte Gase wie beispielsweise Wasserstoff und Helium Das entkommt aus Objekten mit geringerer Schwerkraft. Zweitens bestimmt der Abstand von der Sonne die Energie, die zum Heizung von atmosphärischem Gas zur Verfügung steht, bis zu dem Punkt, an dem ein Teil seiner Moleküle ein Teil seiner Moleküle ist. thermische Bewegung überschreiten die Planeten des Planeten Fluchtgeschwindigkeit, damit diejenigen dem Gravitationsgarten eines Planeten entkommen können. So fern und kalt Titan, Triton, und Pluto sind in der Lage, ihre Atmosphären trotz ihrer relativ geringen Gravitäten zu behalten.

Da sich eine Sammlung von Gasmolekülen in einer Vielzahl von Geschwindigkeiten bewegen kann, wird es immer schnell genug sein, um eine langsame Leckage von Gas in den Weltraum zu erzeugen. Leichtere Moleküle bewegen sich schneller als schwerere mit der gleichen Wärme kinetische Energieund so Gase von niedrig Molekulargewicht sind schneller verloren als die mit hohem Molekulargewicht. Es ist angedacht, dass Venus und Mars Möglicherweise haben viel Wasser verloren, wenn nach dem Sein vieles Wasser fotodissoziiert in Wasserstoff und Sauerstoff durch Sonnen Ultraviolett Strahlung, der Wasserstoff entkam. Erdmagnetfeld Hilft, dies zu verhindern, da normalerweise der Sonnenwind die Flucht von Wasserstoff erheblich verbessern würde. In den letzten 3 Milliarden Jahren hat die Erde jedoch aufgrund der auroralen Aktivität durch die magnetischen polaren Regionen verloren, einschließlich eines Nettos 2% seines atmosphärischen Sauerstoffs.[7] Der Nettoeffekt, der die wichtigsten Fluchtprozesse berücksichtigt, besteht darin, dass ein intrinsisches Magnetfeld einen Planeten nicht vor atmosphärischer Flucht schützt und dass für einige Magnetisierungen das Vorhandensein eines Magnetfelds die Fluchtrate erhöht.[8]

Andere Mechanismen, die verursachen können Atmosphäre Depletion sind Sonnenwind-induziertes Sputter, Einschlag Erosion, Verwitterungund Sequestrierung - manchmal als "Einfrieren" bezeichnet - into der Regolith und Polarkappen.

Terrain

Atmosphären haben dramatische Auswirkungen auf die Oberflächen von felsigen Körpern. Objekte, die keine Atmosphäre haben oder nur eine Exosphäre haben, haben ein Terrain, das bedeckt ist Krater. Ohne Atmosphäre hat der Planet keinen Schutz vor Meteoroideund alle kollidieren mit der Oberfläche als Meteoriten und erstellen Krater.

Die meisten Meteoroide verbrennen als Meteore Bevor Sie die Oberfläche eines Planeten treffen. Wann Meteoroide Auswirkung, die Auswirkungen werden oft durch die Wirkung des Windes gelöscht.[9]

Winderosion ist ein wesentlicher Faktor für die Gestaltung des Geländes von felsigen Planeten mit Atmosphären, und im Laufe der Zeit kann die Auswirkungen beider Krater und im Laufe der Zeit löschen Vulkane. Darüber hinaus seitdem Flüssigkeiten kann nicht ohne Druck existieren, eine Atmosphäre ermöglicht es, an der Oberfläche Flüssigkeit vorhanden zu sein, was dazu führt Seen, Flüsse und Ozeane. Erde und Titan Es ist bekannt, dass sie Flüssigkeiten an ihrer Oberfläche haben und das Gelände auf dem Planeten darauf hindeuten, dass dies vorgeschlagen wird Mars hatte in der Vergangenheit Flüssigkeit auf seiner Oberfläche.


Atmosphären im Sonnensystem

Diagramme der Fluchtgeschwindigkeit gegen die Oberflächentemperatur einiger Solarsystemobjekte, die zeigen, welche Gase aufbewahrt werden. Die Objekte sind skaliert und ihre Datenpunkte befinden sich in der Mitte an den schwarzen Punkten.

Außerhalb des Sonnensystems

Hauptartikel: Außerirdische Atmosphäre

Verkehr

Die Zirkulation der Atmosphäre tritt aufgrund thermischer Unterschiede auf, wenn Konvektion wird zu einem effizienteren Wärmetransporter als Wärmestrahlung. Auf Planeten, bei denen die primäre Wärmequelle Sonnenstrahlung ist, wird überschüssige Wärme in den Tropen in höhere Breiten transportiert. Wenn ein Planet eine erhebliche Menge an Wärme in intern erzeugt, wie dies der Fall ist JupiterDie Konvektion in der Atmosphäre kann die thermische Energie von der Innenräume mit höherer Temperatur bis zur Oberfläche transportieren.

Bedeutung

Aus der Perspektive eines Planeten GeologeDie Atmosphäre formt eine planetarische Oberfläche. Wind nimmt auf Staub und andere Partikel, die, wenn sie mit dem Gelände kollidieren, das untergraben Hilfe und gehen Einlagen (Eolian Prozesse). Frost und Niederschläge, die von der atmosphärischen Zusammensetzung abhängt, beeinflussen auch die Erleichterung. Klimaveränderungen können die geologische Geschichte eines Planeten beeinflussen. Umgekehrt führt die Untersuchung der Erdoberfläche zu einem Verständnis der Atmosphäre und des Klimas anderer Planeten.

Für ein MeteorologeDie Zusammensetzung der Erdatmosphäre ist ein Faktor, der die beeinflusst Klima und seine Variationen.

Für ein Biologe oder PaläontologeDie atmosphärische Komposition der Erde hängt eng vom Erscheinungsbild des Lebens und dessen ab Evolution.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Liddell, Henry George; Scott, Robert (2015-09-24). "ἀτμός". Ein griechisch-englisches Lexikon. Perseus digitale Bibliothek. Archiviert von das Original am 24. September 2015.
  2. ^ "Erdatmosphäre Zusammensetzung: Stickstoff, Sauerstoff, Argon und CO2". Erde wie. 2017-07-31. Abgerufen 2019-10-22.
  3. ^ Williams, Matt (2016-01-07). "Wie ist die Atmosphäre auf anderen Planeten?". Universum heute. Abgerufen 2019-10-22.
  4. ^ "Atmosphärische Komposition". tornado.sfsu.edu. Abgerufen 2019-10-22.
  5. ^ Weaver, D.; Villard, R. (2007-01-31). "Hubble Probes Layer-Cake-Struktur der Atmosphäre der Außerirdischen Welt". Hubble News Center. Archiviert vom Original am 2007-03-14. Abgerufen 2007-03-11.
  6. ^ "Atmosphäre | National Geographic Society". Education.Nationalgeographic.org. Abgerufen 2022-06-09.
  7. ^ Seki, K.; Elphic, R. C.; Hirahara, M.; Terasawa, T.; Mukai, T. (2001). "Über den atmosphärischen Verlust von Sauerstoffionen von der Erde durch magnetosphärische Prozesse". Wissenschaft. 291 (5510): 1939–1941. Bibcode:2001Sci ... 291.1939s. Citeseerx 10.1.1.471.2226. doi:10.1126/Science.1058913. PMID 11239148. S2CID 17644371. Archiviert vom Original am 2007-10-01. Abgerufen 2007-03-07.
  8. ^ Gunell, H.;Maggiolo, R.;Nilsson, H.;Stenberg Wieser, G.;Slapak, R.;Lindkvist, J.;Hamrin, M.;De Keyser, J. (2018). "Warum schützt ein intrinsisches Magnetfeld keinen Planeten vor atmosphärischer Flucht". Astronomie und Astrophysik. 614: L3. Bibcode:2018a & a ... 614l ... 3g. doi:10.1051/0004-6361/201832934.
  9. ^ "Wissenschaftler haben letzte Woche einen ankommenden Asteroiden in der Größe eines Autos entdeckt - warum das für uns wichtig ist.". Forbes.

Weitere Lektüre

  • Sanchez-Lavega, Agustin (2010). Eine Einführung in die Planetenatmosphären. Taylor & Francis. ISBN 978-1-4200-6732-3.

Externe Links