AtmosAtmosfere Planetarefere Planetare

Atmosferele Sistemului Solar

Planeta Atmosfera

Mercur Nu are

Venus densă CO2

Terra N2, O2, [CO2]

Marte rarefiată CO2

Titan CH4, NH3

Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun H2, He, CH4, NH3

Atmosferele Planetelor Mari (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun )

Planetele mari sunt similare Soarelui. Datorită masei mici, presiunile şi temperaturile centrale nu sunt suficiente să producă fuziunea hidrogenului. De aceea sunt mai reci şi hidrogenul poate reacţiona cu alţi atomi pt. a produce molecule.

H + H H2 4H + C CH4 3H + N NH3

Rotaţia rapidă a planetelor mari determină curenţi atmosferici şi furtuni puternice, similare uraganelor pe Terra.

Structura atmosferei lui Jupiter

Interiorul lui Jupiter este f. fierbinte şi Jupiter străluceşte ca şi Soarele (dar nu în spectrul vizibil, ci în infraroşu) datorită contracţiei gravitaţionale.

Deoarece interiorul lui Jupiter este fierbinte (datorită presiunii), iar norii superiori reci, compoziţia atmosferei se schimbă cu altitudinea.

Vânturile de pe JupiterDeoarece viteza unghiulară e aceeaşi la ecuator şi poli, viteza liniară a ecuatorului lui Jupiter e mai mare decât a polilor (trebuie să parcurgă o distanţă zilnică mai mare). Aceasta produce vânturi şi furtuni extrem de puternice.

Formarea Atmosferei

Când o planetă intră în “perioada Potopului”, gazele păstrate de la crearea sa în interiorul planetei (sau produse prin dezintegrare radioactivă, de ex. radonul) sunt expulzate. Aceste gaze sunt:

H2, He, H2O, N2, CO2, şi probabil CH4 şi NH3

Odată cu răcirea planetei, vaporii de apă se condensează în atmosferă şi cad sub formă de ploaie. Se formează oceanele. Dar va fi planeta capabilă să păstreze această atmosferă?

Temperatura versus Gravitaţia

Viteza de evadare: viteza unei particule pt. a evada din atmosfera planetei

Temperatura: energia cinetică medie a unui atom sau molecule

Energia cinetică a unui atom sau molecule depinde atât de viteză cât şi de masă. Particulele uşoare se mişcă mai rapid, cele grele mai încet.

De aceea o planetă va reţine mai uşor gazele grele (cu masa moleculară mai mare) decât cele uşoare.

Gaz fierbinte Gaz receT mare T mic

Masele Gazelor

Atom # protoni # neutroni Masa totală

H 1 0 1

He 2 2 4

C 6 6 12

N 7 7 14

O 8 8 16

Molecula Masa Molecula Masa

H2 2 He 4

CH4 16 NH3 17

N2 28 O2 32

CO2 44

Mercur versus Titan

Mercur şi Titan sunt corpuri cereşti de mase mici. Dar … Mercur e aproape de Soare, şi aşadar e fierbinte. Gravitaţia sa e

insuficientă să menţină gazele care evadează în spaţiul cosmic. Titan, satelitul lui Saturn e departe de Soare şi aşadar e rece.

Moleculele se mişcă mai încet şi de aceea satelitul are atmosferă (cu excepţia celor mai uşoare gaze precum H2 şi He).

Atmosfera lui Marte

Compoziţia atmosferei lui Marte e determinată de:

Masa planetei. Deoarece Marte are doar 0.1 M , gravitaţia sa nu poate reţine H2 şi He. Cu greu reţine N2.

Apropierea de Soare. Gaze precum CH4 şi NH3 sunt distruse de razele ultraviolete (CH4 în aprox. 400 de ani). Atmosfera lui Marte nu e suficient de densă pt. a se apăra împotriva fotonilor UV. Asta explică uimirea savanţilor când Mars Express a descoperit urme de CH4.

Chimia. Oxigenul (O2) reacţionează puternic cu aproape orice (adică mineralele din roci), de aceea nu poate fi gasit în stare liberă.

În consecinţă, atmosfera lui Marte conţine în principal CO2 cu puţin N2.

Dioxidul de Carbon şi Marte

Polii lui Marte formează un unghi de 24° cu ecliptica. De aceea are anotimpuri ca şi Terra. Iarna la poli CO2 îngheaţă şi devine gheaţă carbonică. Vara gheaţa se evaporă şi devine o parte a atmsofere4i. Acest ciclu produce vânturi puternice şi furtuni de nisip.

Dioxidul de Carbon şi MartePolii lui Marte formează un unghi de 24° cu ecliptica. De aceea are anotimpuri ca şi Terra. Iarna la poli CO2 îngheaţă şi devine gheaţă carbonică. Vara gheaţa se evaporă şi devine o parte a atmsofere4i. Acest ciclu produce vânturi puternice şi furtuni de nisip.

Venus şi TerraAsemănări:

Planetele au mase similare (0.82 M versus 1.0 M)

Planetele au densităţi similare (4.2 versus 5.5)

Distanţele planetelor până la Soare sunt similare (0.72 A.U. versus 1.0 A.U.)

Nici-o planetă nu poate reţine gazele uşoare H2 şi He

Nici-o planetă nu poate reţine cantităţi mari de CH4 şi NH3 în atmosferă (datorită radiaţiei ultravioelete de la Soare)

Astăzi pe Terra şi VenusDiferenţa principală:

Temperatura Terrei este între -50° C şi +50° C, în timp ce Temperatura lui Venus este de +470° C

Proprietăţile Dioxidului de Carbon

CO2 are 2 proprietăţi interesante: CO2 se dizolvă în apă (H2O) şi crează H2CO3 (acidul

carbonic). Acidul carbonic poate reacţiona cu o serie de minerale. De exemplu:

H2CO3 + Ca H2 + CaCO3 (calcar) Rezultă că dacă există apă, CO2 poate fi extras din aer şi

blocat în roci.CO2 este un gaz de seră. Este transparent la radiaţia

vizibilă, dar absoarbe radiaţia infraroşie. Razele solare pot trece prin stratul

de CO2, dar căldura nu poate evada dincolo de

stratul de CO2.

Gaze de seră

Efectul de Seră pe Venus

Venus şi Terra au avut la început o atmosferă similară. Dar deoarece Venus e puţin mai aproape de Soare …

Venus era puţin mai fierbinte şi avea mai puţină apă lichidă

Cu mai puţină apă lichidă, avea mai puţin CO2 dizolvat

Cu mai mult CO2 atmosferic, efectul de seră era mai intens

Temperatura mai ridicată înseamnă mai multă apă evaporată

Cu şi mai puţină apă lichidă, avea şi mai puţin CO2 dizolvat

Odată toată apa evaporată, emisiile ulterioare de gaze de seră (CO2 şi CH4) au crescut şi mai mult temperatura. Restul de CO2 a fost eliberat prin “coacerea” rocilor

Razele ultraviolete au distrus CH4, NH3, şi H2O din atmosferă

Atmosfera terestră

Venus şi Terra au avut la început o atmosferă similară. Dar deoarece Terra e puţin mai departe de Soare …

Terra era puţin mai rece şi avea mai multă apă lichidă

Cu mai multă apă lichidă, avea mai mult CO2 dizolvat

Cu mai puţin CO2 atmosferic, efectul de seră era mai slab Cu mai multă apă şi un mediu propice

s-a dezvoltat viaţa şi fotosinteza Fotosinteza a eliminat şi mai mult

CO2 atmosferic înlocuindu-l cu O2 . Descărcările electrice şi O2 amosferic

au creat ozonul, care a protejat Terra de radiaţia ultravioletă. Moleculele de apă din atmosferă au supravieţuit mai mult (împreună cu viaţa).

Astăzi pe Terra şi Venus

O mică schimbare prezentă în condiţiile iniţiale poate conduce la mari schimbări în viitorul apropiat!