Planetare Atmosphären

1. Planetares Ausgasen

   • Abkühlen der jungen Erde → Wärme aus Erdinneren steigt auf und Gase aus geschmolzenen Gesteinen freigesetzt (durch u.a. Vulkane)

     → Bildung der Uratmosphäre → freigesetzte Wasserdampf kondensierte → Regen für bis 100000 Jahre → Bildung der Urozeane

   • Hauptbestandteile der Ur-Atmosphäre waren Wasserdampf (H₂O), Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N₂), Methan (CH₄), Schwefelverbindungen (SO₂, H₂S)

2. Kometen-Impakte

   • Kometen bringen volatile Stoffe auf die Erde (Wasser, C-Verbindungen, volatile Stoffe)

   • vor allem im Late Heavy Bombardment (vor ca. 4 Mrd Jahren)

• Masse

  • Größe→ stärkere Gravitation, die Gase in der Atmosphäre hält

  • Zusammensetzung der Kruste und des Mantels beeinflusst freigesetzte Gase durch Vulkanismus

• Sonneneinstrahlung

  • Luminosität → Helligkeit der Sonne beeinflusst Temperatur und chemische Reaktionen in der Atmosphäre

  • Abstand: Nahe Sterne → stärkere Aufheizung und Gasverlust; ferne Sterne → kältere Atmosphäre

  • Magnetfeld: Schützt die Atmosphäre vor Sonnenwind und verhindert Verlust leichter Gase (z.B. Wasserstoff)

Mechanismen des Atmosphärenverlustes

• Thermal Escape

  • Jeans Escape = Leichte Gase (z.B. H, He) entkommen bei hohen Temperaturen durch Erreichen der Fluchtgeschwindigkeit

    → Leichtere Atome und Moleküle erreichen häufiger Fluchtgeschwindigkeit → Entweichen ins Weltall

    → Intensive Strahlung → mehr kinetische Energie und höhere Temperaturen resultieren in höhere Teilchengeschwindigkeiten

  • Hydrodynamic Escape = Starke Erhitzung der Atmosphäre durch starker Energieeintrag (z.B. durch intensive Strahlung oder vulkanische Aktivität) → treibt Massenverluste an durch Entweichen der Atmosphäre

• Non-Thermal Escape

  • Photochemical Escape: Hochenergetische UV-Strahlung spaltet Moleküle, wodurch leichte Atome entweichen können

  • Sputtering Escape: Energiereiche Partikel (z.B. Sonnenwind) schlagen Atome aus der Atmosphäre heraus

• Erosion durch Impakte = Große Meteoriteneinschläge schleudern Teile der Atmosphäre ins All

• Kondensation = größerer Entfernung zu der Sonne → kondensieren Teile der sehr dünnen, hauptsächlich N2, Atmosphäre auf der Oberfläche

• Chemische Reaktionen = Abtragung durch Reaktionen mit Oberflächenmaterial

• → Leichtere Atome und Moleküle erreichen häufiger Fluchtgeschwindigkeit → Entweichen ins Weltall

• → Intensive Strahlung → mehr kinetische Energie und höhere Temperaturen resultieren in höhere Teilchengeschwindigkeiten

• Kontinentale Bedeckung + CO2 Sequestration (Treibhausgase)

  • Verwitterung von Gestein auf Kontinenten entzieht der Atmosphäre CO₂ und kühlt das Klima

  • Mehr Landfläche = mehr CO₂-Sequestration = langfristige Abkühlung

• Superkontinente

  • Bildung der Superkontinente = mehr Abkühlung wegen Meeresströmungen → Wärmeverteilung verändert sich und → Mehr Landfläche = mehr COS-Seq, Verwitterung = weniger CO₂ = Abkühlung

  • Zerfall der Superkontinente = erhöht vulkanische Aktivität → mehr CO2 → Erwärmung

• Plattentektonik, Vulkanismus (Wilson-Zyklus)

  Wilson-Zyklus beschreibt die Bildung und den Zerfall von Superkontinenten → Langfristige Klimaveränderungen

  → Mehr Vulkanismus = mehr CO₂ = Erwärmung.

  → Mehr Gebirgsbildung = mehr CO₂-Sequestration = Abkühlung

• Periodische Veränderungen in der Erdumlaufbahn und -achse.

• Exzentrizität: Schwankung der Erdumlaufbahn von kreisförmig zu elliptisch

• Obliquität: Veränderung der Neigung der Erdachse

• Präzession: Taumelbewegung der Erdachse

⇒ Einfluss: Beeinflussen die Sonneneinstrahlung und tragen zu Klimaveränderungen und Eiszeiten bei

• starker Temperaturabfall führt zur kompletten Eisbedeckung (z.B nach dem Great Oxidation Event)

Ursachen

• Verringerung von CO2 (durch CO2-Sequestration)

• Albedo-Effekt (Wenn sich Eis ausbreitet, reflektiert es mehr Sonnenlicht ins All (hohe Albedo)

• Abnahme der Sonnenaktivität (schwächere Sonne bei Faint Young Sun)

• Superkontinent-Bildung

• Wenn Eispanzer schmilzt, fallen Bestandteile nach unten und reichern sich im Sediment an

1. Dropstones = isolierte, größere Gesteinsbrocken, die von treibendem Eis transportiert und beim Schmelzen in feinkörnige Sedimente eines Ozeans abgelagert werden

2. Cap carbonates = Karbonatschichten, die sich bilden wenn plötzlich viel CO₂ im Wasser gelöst wird und Karbonate ausfällen → Indiz: Vulkanaktivität nach der Vereisung → Anstieg von CO2 → Hinweis auf eine plötzliche Klimaerwärmung nach einer extremen Eiszeit

3. Iridium spikes = Iridium wird hauptsächlich durch kosmischen Eintrag abgelagert → Spike deutet auf schnelle Abschmelzen einer dicken Eisschicht hin, in der Iridium sich gesammelt hat