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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Erde in der habitablen Zone halten



Polaron
12.02.2017, 20:49
Ersteinmal möchte ich alle Teilnehmer im Astroforum begrüßen.
Ich habe einmal eine Reportage zu den Anfängen des Sonnensystems gesehen, dort wurde gezeigt, dass Saturn, Uranus und Neptun durch die vielen Asteroiden die es in der Anfagsphase gegeben hat, auf eine höhre Bahn gebracht wurden. Denn sobald ein Asteroid nah an diesen Planeten vorbeigeflogen ist, wurde er in Richtung Sonne gelenkt wobei ein Teil seines Impulses auf den Planeten übertragen wurde. Somit wurde der Orbit geringfügig verändert und der Planet entfernte sich etwas von der Sonne. (Natürlich war dies nicht die alleinige Ursache, am Anfang des Sonnensystems befanden sich Jupiter und Saturn eine gewisse Zeit lang in einer 2:1 Resonanz, was das Sonnensystem signifikant veränderte. Aber lassen wir diese Geschichte mal außen vor, es ändert nichts am oben genannten Effekt der durch die Asteroide verursacht wurde.)
Könnte man diesen Effekt nicht auch irgendwie auf die Erde übertragen? Man könnte doch einige Asteroide so ablenken, dass sie gezielt an der Erde vorbeifliegen würden. Womit der Impuls des Asteroiden auf die Erde übertragen würde. Die Erde würde sich somit mit jedem vorbeigeflogenen Asteroid von der Sonne entfernen und somit ihrem zukünftigen Hitzetot eine Zeitlang entgehen. Das Ziel wäre es die Erde in der habitablen Zone zu halten, die sich ja im Laufe der Zeit immer weiter von der Sonne verschiebt. Die Helligkeit der Sonne nimmt ja stetig zu und wenn man nichts macht, wird es in spätestens 1,5 Milliarden Jahren auf der Erde zu heiß. Sie wird dann die habitable Zone verlassen.
Mich würde eure Meinung zu dieser Idee interessieren, was haltet ihr davon?

Freundliche Grüße
Polaron

Alex74
13.02.2017, 00:46
Hallo Polaron,

ich weiß nicht was das für eine Reportage war, aber vergiss sie bitte.
Asteroiden können nicht für Bahnänderungen im großen Stil sorgen, zumindest nicht bei den Gasplaneten. Keine Ahnung wer so einen Quatsch in die Welt setzt.

Die Bahnen der Gasriesen haben sich in der Frühphase des Sonnensystems verändert weil diese zu eng aneinander lagen und sich die Planeten mit ihren großen Massen auf Dauer gegenseitig beeinflusst hatten. Dazu passen mehrere Beobachtungen die man machen kann:
Denn Neptuns Bahn wanderte nach außen, wo er den Kuiper-Gürtel so beeinflusste, dass eine große Zahl Planetoiden ins Innere des Sonnensystems gelangten. Dieses Ergeignis wird mit dem "Late Heavy Bombardement" beschrieben und kann man an Mond und Mars durch die Krater gut ablesen und ist etwa 800 millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems passiert.
Auch Simulationen die man gemacht hat sind sich alle sehr sicher darin dass die Gasriesen nicht da entstanden sein können wo sie heute sind.

Zur eigentlichen Frage: die Massen von Asteroiden sind so verschwindend gering relativ zu den Planeten, auch der Erde, dass fühlbare Bahnänderungen mittels Asteroiden - schätze ich - nicht möglich sind.

Gruß Alex

Bynaus
13.02.2017, 08:08
Alex, ich wiederspreche dir nur ungern, aber das mit der Migration der Gasriesen über Planetesimale (Asteroiden) stimmt schon so. Der grosse Kick kam von den Interaktionen zwischen den Gasplaneten, aber die Migration in die Bahnresonanz kam von den Asteroiden. Jedes Mal, wenn ein Gasriese einen Asteroiden aus dem Sonnensystem bzw in die Sonne wirft, hat das Auswirkungen auf seine Bahn. Kleine zwar, aber weil es sehr viele Asteroiden im frühen Sonnensystem gab, summiert sich das.

Genauso übrigens mit der Erde: diese Idee (die Erde mit Vorbeiflügen von Asteroiden in der HZ halten) ist nicht neu, und ja, das würde vielleicht funktionieren. Aber man darf nicht vergessen dass man mit dem Herumschieben von Planeten das innere Sonnensystem auch destabilisieren könnte. Wenn die Erde in der HZ bleibt, dafür dann aber mit dem Mars zusammenstösst, ist auch nichts gewonnen.

Edit: siehe hier: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Nizza-Modell

Alex74
13.02.2017, 11:50
Die Migration durch die Astroiden? Hast Du dafür einen Link? Die Quellen die ich kenne sagen dass die Gasplaneten zu dicht beineinander entstanden seien - was auch logisch ist wenn sie später nach außen migriert sind. Der gravitative Einfluss des Kuipergürtels, selbst auf lange Zeit hinweg, sollte doch extrem gering sein. Da schätze ich den Einfluss des Strahlungsdrucks der Sonne größer ein.

Bynaus
13.02.2017, 12:48
Schau mal im Wikipedia-Link, da steht es auch. Es ist nicht der direkte gravitative Einfluss des Kuipergürtels, sondern, wie gesagt, die Summe aller einzelnen Interaktionen mit Asteroiden, die die Gasriesen aus dem System gekickt haben, welche zur Migration führt.

Also zum Beispiel: Klein-Saturn begegnet auf seiner Bahn einem Asteroiden, kickt ihn in den interstellaren Raum. Da die Impulserhaltung / Energieerhaltung gilt, muss die zusätzliche Bahnenergie des Asteroiden (E_kin + E_pot jetzt >0, vorher <0) von irgendwoher kommen - nämlich vom Saturn. Seine Bahn wird dadurch ein kleines bisschen kleiner. Wiederhole das Millionen- und Milliardenfach (und es gab sicher jede Menge Planetesimale im frühen Sonnensystem), und du hast wandernde Gasriesen. Wie gesagt: der grosse Kick der sie auf die heutigen Bahnen beförderte bekamen sie wohl in einer Bahnresonanz mit Jupiter - aber IN diese Bahnresonanz sind sie erst dank der Planetesimal-induzierten Migration gekommen.

Ein Review des "Nizza-Modells" findest du z.B. hier: https://arxiv.org/abs/1010.6221

Polaron
14.02.2017, 21:33
Vielen Dank für eure Antworten.
Das die größten Veränderungen durch die Interaktion zwischen den Gasriesen passiert sind, insbesondere der 2:1 Resonanz zwischen Jupiter und Saturn ist mir bewusst und klar.
Denke jedoch, dass Asteroide und Planetisimale ebenfalls einen Einfluss hatten, wie Bynaus schon sagte es gilt die Impulserhaltung. Sobald sich der Impuls des Asteroiden ändert, muss die Differenz irgendwo übertragen werden. Der Impuls geht ja nicht verloren, falls der Asteroid vom Planeten abgebremst wurde und in Richtung Sonne gelenkt wurde, so überträgt sich die Impulsdifferenz auf den Planeten. Der Planet gerät auf eine höhere Bahn, auch wenn dies nur ein paar cm sein dürften multipliziert mit meheren Millionen Asteroiden über einen Zeitraum von meheren Millionen Jahren ergibt sich eine nicht zu vernachlässigende Entfernung. Das selbe nur in die andere Richtung geschieht, wenn der Asteroid beim Vorbeiflug vom Planeten beschleunigt wird, dann überträgt der Planet seinen Impuls auf den Asteroiden. In diesem Fall fliegt der Asteroid aus dem Sonnensystem hinaus. Der Planet hingegen gerät auf eine niedriegere Bahn. Ist alles im Link den Bynaus geschickt hat erklärt, nochmals vielen Dank für den Link.
Nochmals zurück zum eigentlichen Thema die Erde von der Sonne wegbewegen.
Bynaus hat natürlich Recht, dass im Sonnensystem eine Art Gleichgewicht herrscht. Mit einer Verschiebung könnte das System in der Tat destabilisiert werden, man müsste daher feststellen, wie weit man die Erde verschieben könnte ohne eine Destabilisierung hervorzurufen. Zum Glück nimmt die Intensität des Lichts mit den Quadrat zur Entfernung ab. Selbst wenn man es schaffen würde die Erde nur um 0,2 AE zu verschieben, würde man damit schon einiges erreichen. Weiß jemand vielleicht wie schnell die Lichtstärke der Sonne zunimmt, also wieviel Prozent in 1 Mrd. Jahre? Dann könnte man abschätzen was 0,2 AE bringen würde. Der Mars könnte bei diesem Vorhaben jedoch Tatsächlich zum Problem werden, es sei denn man würde ihn auch so verschieben, dass er nicht stört.

Grüße
Polaron

Bynaus
15.02.2017, 08:01
Auf der Hauptreihe nimmt die Sonnenstrahlung etwa um 10% pro Jahrmilliarde zu. Aber gegen Ende gehts dann immer schneller (obwohls auch mal eine Pause gibt, und sogar eine zeitweise Umkehrung, wenn die Sonne zu einem Helium-fusionierenden Stern - ein sogenannter Klumpengigant - wird). Ich glaube mich zu erinnern, dass bei der maximalen Helligkeit ein erdähnlicher Strahlungsfluss irgendwo jenseits des Uranus erwartet wird.

Ich denke nicht, dass mal jemand simuliert hat, was mit dem inneren Sonnensystem geschehen würde, wenn man die Erde langsam nach aussen verschiebt. Müsste man mal...

Man darf aber nicht vergessen, dass auch die Erde selbst abkühlt. Wenn die Plattentektonik in der Zukunft irgendwann zum Erliegen kommt, hilft alles Verschieben nix.

Polaron
15.02.2017, 11:10
Dies stimmt natürlich, wenn die Plattentektonik zu Erliegen kommt ist die Erde geologisch so gut wie tot. Auch der flüssige Eisenkern kühlt mit der Zeit langsam ab, mit dem Resultat dass der feste Eisenkern immer größer wird. Da der flüssige Kern für die Bildung des Magnetfelds verantwortlich ist, sollte auch das Magnetfeld mit der Zeit schwächer werden. Irgendwann wird dieses zu schwach sein um uns vor dem Sonnenwind zu schützen, dann ist es auch vorbei.
Auch das CO2 nimmt im Laufe der Zeit, bedingt durch die schwächer werdenede Plattentektonik in der Erdatmosphäre ab (der vom Menschen verursachte Anstieg ist in so großen Zeiträumen zu vernachlässigen und spielt keine Rolle). Deswegen ist die Temp. während der Erdgeschichte einigermaßen stabil geblieben (mit einigen Außnahmen wie z.B. zur Zeit der Perm-Trias Grenze oder der Snowball-Earth Periode vor ca. 600 Mio. Jahren). Als die Sonneneinstrahlung schwächer war hatte die Erde einen größeren Treibhauseffekt und umgekehrt. Aber irgendwann könnte der CO2 Gehalt so weit absinken, dass Pflanzliches Leben nicht mehr gedeihen könnte, dann wäre ebenfalls Schluss.
Da ich Geowissenschaften studiert habe, kenne ich mich mit diesem Gebiet ziemlich gut aus, sobald ich mich aus den Vorlesungen erinnern kann werden diese Effekte jedoch relativ spät einsetzten. Den genauen Zeitpunkt kann man jedoch sehr schwer vorhersagen, sehr wahrscheinlich nicht bevor 1 Mrd. Jahre vergangen sind oder sogar noch später. Nach jetzigem Stand des Wissen sieht es wohl eher danach aus, dass die Sonne das Leben auf der Erde beendet in dem es zu heiß wird.

Grüße
Polaron

Bynaus
15.02.2017, 13:29
Irgendwann wird dieses zu schwach sein um uns vor dem Sonnenwind zu schützen, dann ist es auch vorbei.

Naja, nicht sofort. Es würde immer noch hunderte von Jahrmillionen, wenn nicht sogar Jahrmilliarden dauern, um die Atmosphäre abzutragen.

Weil ich vermute, zu wissen, was du damit sagen willst: Dass das Magnetfeld uns vor der kosmischen Strahlung (solar und galaktisch) schützt, ist teilweise ein Mythos: es stimmt zwar, dass es einen gewissen Schutz bietet, aber wenn es wegfällt (etwa während einer magnetischen Umpolung), dann schützt uns die Atmosphäre genauso (eine Umpolung hat z.B. keinerlei Auswirkungen auf die Biodiversität). Das sieht man z.B. daran dass Astronauten auf der ISS (ausserhalb der Atmosphäre, aber innerhalb des Magnetfeldes) schon sehr viel höheren Strahlungsdosen ausgesetzt sind als wir auf der Erde (und selbst auf der ISS blockt die Erde fast die Hälfte der kosmischen Strahlung ab).

Das Magnetfeld ist deshalb wichtig für die Erde, weil es die relativ dünne Erdatmosphäre über geologische Zeiträume von der Erosion durch den Sonnenwind bewahrt. Auch Mars hatte einst wohl eine 1-2 bar Atmosphäre, die er, nach dem Verschwinden des Magnetfeldes, an den Sonnenswind verloren hat. Die Venus hat auch kein Magnetfeld, aber eine sehr viel dichtere Atmosphäre, die entsprechend schwieriger abzutragen ist.


Auch das CO2 nimmt im Laufe der Zeit, bedingt durch die schwächer werdenede Plattentektonik in der Erdatmosphäre ab (der vom Menschen verursachte Anstieg ist in so großen Zeiträumen zu vernachlässigen und spielt keine Rolle).

Es stimmt, dass das CO2 abnimmt, aber das hat wohl nicht (oder sicher nicht nur) mit der schwächer werdenden Plattentektonik zu tun, sondern damit, dass bei höheren Temperaturen der Silikat-Kohlenstoff-Zyklus effizienter läuft. Das heisst, bei höheren Temperaturen ist CO2 effizienter darin, Silikate zu verwittern (und, mit Hilfe der Biosphäre, am Ende als Kalk eingelagert zu werden), was dazu führt, dass mehr CO2 aus der Atmosphäre gebunden wird. Es ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen dem CO2-Ausstoss der Vulkane, der Strahlungsintensität der Sonne und dem (langfristigen) CO2-Gehalt der Atmosphäre. Je stärker die Sonnenstrahlung in diesem System, desto geringer muss die CO2-Konzentration werden. Etwa 1 Milliarde Jahre in der Zukunft oder so (wie du schreibst) wird dieses System dazu führen, dass (heutige) Pflanzen nicht mehr genügend CO2 aus der Atmosphäre bekommen.

Schwächer werdende Plattentektonik wird allerdings auch dafür sorgen, dass immer mehr CO2 in der Atmosphäre bleibt. Denn die wichtigste Rolle der Plattentektonik im Kohlenstoff-Kreislauf ist das Entfernen grosser Mengen Kohlenstoff (in Form von Kalk in Tiefseesedimenten, die an Subduktionszonen ins Erdinnere zurück kehren) von der Oberfläche. Käme dieser Prozess zum Erliegen, bliebe das CO2 in Oberflächennähe und würde so langfristig - weil CO2 in Kalk und in der Atmosphäre ebenfalls ein Gleichgewicht bilden - zu einer Erhöhung des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre führen. Denn die Ausgasung von CO2 aus dem Mantel würde ja weiter gehen, selbst wenn die Platten zum Stillstand kommen. Der Vulkanismus ist dann nicht mehr kontinuierlich entlang von Plattenrändern, sondern würde sich wohl eher episodisch (Flutbasalte) abspielen.

Nun kann man das so sehen, dass die steigende Strahlungsintensität der Sonne, und die erlahmende Plattentektonik Gegenspieler sind, die um den CO2-Gehalt der Erdatmosphäre kämpfen - irgendwas wird am Ende nachgeben müssen, und das sind, vermutlich, die habitablen Bedingungen an der Oberfläche. Einen anderen stabilen Endzustand eines solchen Systems sieht man nämlich bei der Venus: keine Plattentektonik, kein Wasser, und alles CO2 in Gasform in der Atmosphäre. Und, ja, 470°C Oberflächentemperatur...

Polaron
15.02.2017, 16:30
Hast mit deinen Ausführungen sicherlich recht, allerdings stimmt es nicht automatisch, dass das CO2 von sich aus bei höheren Temperaturen effizienter bei der Silikatverwitterung ist. Dazu gehört noch der Wasserkreislauf. Bei höheren Temperaturen gibt es mehr Wasserdampf in der Atmosphäre, dieses bindet sich mit dem CO2 zu Kohlensäure, die dann mit dem Stein reagiert und sich mit den Silikaten verbindet. Es kommt noch darauf an wo sich der Regen abregnet. Dies war auch der Auslöser von Snowball Earth damals lagen die Kontinente alle in der Nähe des Äquators also dort wo es Warm ist und wo es häufig regnet. Somit konnte sehr viel CO2, später in Form von Kohlensäure mit den Silikaten reagieren. Es wurde so viel CO2 gebunden, das die Erde schließlich anfing zu vereisen. Dies veränderte auch die Albedo so wurde es noch kälter, resultat die Erde war eine Zeitlang fast komplett vereist. Würden die Kontinente wo anders liegen zum Bsp. in den Trockenzonen oder weiter im Norden würde wahrscheinlich nichts passieren, obwohl die Globale Durchschnittstemperatur die selbe gewesen wäre. Wenn am Äquator hauptsächlich Wasser ist so gibt es kein Silikat mit dem die Kohlensäure im Regen reagieren kann.
Zur Plattentektonik, ja ich habe einiges außer acht gelassen, die Ozeanischen Platten nehmen beim subduzieren auch Fluide (Wasser, CO2) mit sich. Fluide bewirken eine Absenkung des Schmelzpunktes von Gestein, weshalb sich an den Subduktionszonen schneller Magma bildet als irgendwo anders in der Erdkruste. Das Gestein in der Ozeanischen Kruste wird somit zu einem Teil wieder eingeschmolzen und das CO2 wieder freigesetzt. An den Vulkanen der Subduktionszonen gelangt es wieder in die Atmosphäre. Da dies nur einen Teil betrifft hast du absolut Recht, dass die Subduktion das CO2 aus der Atmosphäre entfernt.
Ohne Subduktion würde es keine Vulkane an den Subduktionszonen geben, also würde es diese CO2 Quelle nicht mehr geben. Dennoch hast du Recht, dass dann von Zeit zu Zeit Plums aufsteigen könnten und das CO2 in Basalteruptionen freisetzen würde. Jedoch kühlt auch der Erdmantel mit der Zeit ab, somit würde auch die Wahrscheinlichkeit solcher Ausbrüche sinken.
Wie gesagt die 1 Mrd. sind nur ein Richtwert es ist ziemlich sicher, dass die Plattentektonik der Kohlenstoffkreislauf und auch das Magnetfeld in dieser Zeit noch da wären. Was danach passiert weiß man nicht wirklich wahrscheinlich ist es jedoch, dass diese Prozesse noch eine ganze Weile darüber hinaus existieren könnten. Es könnte durchaus sein, dass es 2 Mrd. Jahre dauern könnte ehe die Plattentektonik und andere Mechanismen auf Erde zum Stillstand kämen. Versteh mich nicht falsch ich habe mich auf die 1 Mrd. Jahre nicht festgelegt.
In dieser Zeit würde uns jedoch die Sonne bereits zum Verhängnis geworden sein. Irgendwann ist die Silikatverwitterung nicht mehr im Stande die höhere Einstrahlung der Sonne durch einen niedrigeren Treibhauseffekt auszugleichen. Es würde trotz einem sehr niedrigen CO2 Gehaltes immer wärmer werden, der Wasserdampf würde zunehmend als Treibhausgas fungieren und das System würde kippen.

Bynaus
15.02.2017, 22:48
Dazu gehört noch der Wasserkreislauf.

Natürlich. Das hatte ich vorausgesetzt. ;)


Jedoch kühlt auch der Erdmantel mit der Zeit ab, somit würde auch die Wahrscheinlichkeit solcher Ausbrüche sinken.

Nicht zwingend und sicher nicht stetig. Denn die Plattentektonik ist effizient darin, Wärme aus dem Erdinneren nach aussen abzustrahlen. Sie ist damit eine recht gute "Kühlung" für den Mantel. Wenn sie mal zum Erliegen kommt, wird der Mantel immer noch sehr warm, aber weniger gut gekühlt - und entsprechend "staut" sich die Wärme (aus dem Radioaktiven Zerfall) auch stark, bis zu einem Punkt, wo sehr viel Wärme aufs Mal freigesetzt wird. Auf der Venus führt das zu episodischen "overturns", bei denen die ganze Kruste (oder zumindest ein sehr grosser Teil) in kurzer Zeit ersetzt wird (das sieht man z.B. daran, dass das "Krater-zähl-Alter" der Venusoberfläche nur ca. 500 Mio Jahre beträgt - und zwar homogen auf dem gesamten Planeten). In einem solchen, gewaltigen Ausbruch würden natürlich auch gewaltige Mengen CO2 freigesetzt - vielleicht genug um das System zu kippen.


Versteh mich nicht falsch ich habe mich auf die 1 Mrd. Jahre nicht festgelegt.

Schon klar. Das ist ein Richtwert, im Detail hängt der Wert von verschiedensten Parametern ab die wir alle nicht so gut kennen. Sieht man nur schon daran dass man sich gar nicht einig ist, wann die Plattentektonik begonnen hat - vor 4.5 Mrd Jahren, vor 3.5 Mrd, oder vielleicht auch erst vor 2 Mrd? Oder war sie erst eine Zeit lang episodisch, bis sie permanent wurde? Etc.

Polaron
17.02.2017, 11:08
Wann hat die Plattentektonik begonnen, die ältesten Kratone sind so ca. 3,5 Mrd. Jahre alt das älteste gefundene Gestein ca. 4,28 Mrd. Jahre. Da man annimmt, dass die ersten Kratone ebennfalls durch Plattentektonik entstanden sind, kann man davon ausgehen dass die Plattentektonik bereits vor über 3,5 Mrd. Jahren eingesetzt hat. Heißt also, dass die Plattentektonik bereits 3.5 Mrd. Jahre, vielleicht noch länger Zeit hatte den Erdmantel zu kühlen.
,,Denn die Plattentektonik ist effizient darin, Wärme aus dem Erdinneren nach aussen abzustrahlen." dies war mir durchaus bewusst. Die kältesten Orte im Erdmantel sind die Kernbereiche der absinkenden ozeanischen Platten.

,,"staut" sich die Wärme (aus dem Radioaktiven Zerfall)"
Ist plausibel, allerdings weiß man nicht genau wie groß der Wärmeanteil aus dem Radioaktiven Zerfall ist. Ein großer Anteil der Wärme dürfte wohl noch aus dem Akkretionsprozess stammen. Man schätzt, dass ungefähr 1/3 aus dem radioaktiven Zerfall und 2/3 von der Akkretion stammen, dieses Verhältnis könnte in Wirklichkeit aber auch anders sein. Wenn die Akkretionswärme einmal weg ist dann ist sie weg, es hängt dann davon ab ob die Wärme aus dem radioaktiven Zerfall abgeführt werden kann oder sich staut. Man muss allerdings bedenken, dass auch der radioaktive Zerfall mit der Zeit nicht zunimmt sondern ebenfalls abnimmt. Schließlich Zerfallen die radioaktiven Elemente und werden weniger. Ok, das dauert extrem lange wenn man sich die Halbwertszeiten von Uran ansieht, dann gibt es noch viel Material was Zerfallen könnte. Einen langsamen stetigen Abfall gibt es allerdings schon. Man hat auch durch Mineralienzusammensetzungen herausgefunden das Laven bzw. Magmen in der Frühzeit wahrscheinlich heißer waren.

,,Auf der Venus führt das zu episodischen "overturns" ", mit der Geologie der Venus kenne ich mich nicht aus ich vermute jedoch, dass die Venus nie eine Plattentektonik hatte und somit keine effektive Kühlung des Venusmantels vorhanden war. Man müsste es mal Untersuchen aber die Vermutung liegt nahe, dass der Erdmantel bereits kälter ist als der Venusmantel.

Noch ein weiterer Punkt wieso geht man denn davon aus, dass die Plattentektonik eines Tages erlahmen wird? Die Plattentektonik wird ja durch Konvektionsströme am Laufen gehalten, wird der Erdmantel und Erdkern kälter so verlangsamen sich auch diese Konvektionsströmungen, weil der Temperaturunterschied zwischen Erdkruste und Kern bzw. unterem Mantel geringer wird. Irgendwann könnte das Ganze stoppen, falls es dann zu einem Wärmestau kommen sollte, müsste sich die Wärme nicht zwangsläufig in einem "Overturn" entladen. Da die Plattenbrüche wahrscheinlich noch immer vorhanden wären, könnte es stattdessen zu einer erneuten Reaktivierung der Plattentektonik kommen.

Bynaus
17.02.2017, 14:53
Da man annimmt, dass die ersten Kratone ebennfalls durch Plattentektonik entstanden sind

Das ist aber keine zwingende Annahme. Zudem gibt es vermutlich nicht "die" Plattentektonik - es gibt eine Reihe von Elementen, die heute dazu gehören, aber ob die alle schon vor 3.5 Mrd Jahren vorhanden waren, ist eine andere Frage. So wird z.B. die Möglichkeit diskutiert, dass nur kleinere Teile der Oberfläche von Plattentektonik dominiert wurden, während der Rest der Kruste stabil blieb (das ist ja auch heute teilweise der Fall, die Kontinente sind mehrheitlich Zonen, wo keine "Plattentektonik" im grösseren Stil stattfindet). Eine andere Alternative ist episodische Plattentektonik.


Die kältesten Orte im Erdmantel sind die Kernbereiche der absinkenden ozeanischen Platten.

Ja gut, aber das hängt damit zusammen, dass es eben abtauchende (vormals an der kalten Oberfläche liegende) Platten sind. Die Wärme geht vor allem an den Mittelozeanischen Rücken verloren.


Ist plausibel, allerdings weiß man nicht genau wie groß der Wärmeanteil aus dem Radioaktiven Zerfall ist. Ein großer Anteil der Wärme dürfte wohl noch aus dem Akkretionsprozess stammen. Man schätzt, dass ungefähr 1/3 aus dem radioaktiven Zerfall und 2/3 von der Akkretion stammen, dieses Verhältnis könnte in Wirklichkeit aber auch anders sein.

Natürlich, das hätte ich besser formulieren können. Es spielt bei dieser Frage aber auch nicht so eine Rolle, woher die Wärme kommt, sondern es geht erst mal darum, dass die Temperatur unter der Kruste steigen wird, wenn die bestehende Kühlung plötzlich "versagt" (selbst wenn die radioaktiven Elemente weiter zerfallen, denn vor und nach dem "versagen" zerfallen ja noch fast gleich viele Atome, bloss wird die Wärme plötzlich nicht mehr so effizient weggetragen) - und dies könnte dann z.B. zu episodischer Plattentektonik oder eben "crust overturns" führen - oder/und zu vermehrten Flutbasalten. Aber wie gesagt: das hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, die wir heute nicht wirklich gut gegeneinander abwägen können. Es gibt Modelle, aber diese basieren natürlich stets auf bestimmten Annahmen und haben auch ihre Stärken und Schwächen.


mit der Geologie der Venus kenne ich mich nicht aus ich vermute jedoch, dass die Venus nie eine Plattentektonik hatte und somit keine effektive Kühlung des Venusmantels vorhanden war

Dass sie nie eine Plattentektonik hatte ist eine Möglichkeit. Man ist sich aber nicht einig. Das Fehlen des Wassers könnte eine Rolle spielen, die vergleichsweise heisse Kruste, die kleinere Masse, etc. Es ist auch denkbar dass die Venus bis vor 500 Ma (oder ein bisschen mehr) eine Plattentektonik hatte, die dann zum Stillstand kam, und der folgende Wärmestau führte zu einem "overturn" und so zum heutigen Zustand. Dafür spricht z.B. dass die Hochländer der Venus aus vorwiegend felsischem Material bestehen könnten, wie man es von Kontinenten erwartet - die aber Jahrmilliarden brauchen, um heranzuwachsen.


Man müsste es mal Untersuchen aber die Vermutung liegt nahe, dass der Erdmantel bereits kälter ist als der Venusmantel.

Es gibt viele Untersuchungen zum Thema! Aber ich glaube nicht, dass ich schon mal den Vorschlag gesehen hätte, dass der Erdmantel kälter sei als jener der Venus. Die Kruste, ja (wie man sich denken kann ;) ).


Noch ein weiterer Punkt wieso geht man denn davon aus, dass die Plattentektonik eines Tages erlahmen wird? Die Plattentektonik wird ja durch Konvektionsströme am Laufen gehalten, wird der Erdmantel und Erdkern kälter so verlangsamen sich auch diese Konvektionsströmungen, weil der Temperaturunterschied zwischen Erdkruste und Kern bzw. unterem Mantel geringer wird. Irgendwann könnte das Ganze stoppen, falls es dann zu einem Wärmestau kommen sollte, müsste sich die Wärme nicht zwangsläufig in einem "Overturn" entladen. Da die Plattenbrüche wahrscheinlich noch immer vorhanden wären, könnte es stattdessen zu einer erneuten Reaktivierung der Plattentektonik kommen.

Ob es Plattentektonik gibt oder nicht hängt eben nicht nur von der Wärme ab, sondern auch davon, ob es Wasser gibt, wie die Temperaturgradienten in Kruste, Mantel aussehen, wie dick die Kruste ist, etc. Ein wichtiger Faktor ist die "Brüchigkeit" der Kruste über grosse Distanzen. Ist sie zu warm, ist sie zu plastisch, gibt es keine Brüche, sondern die Konvektionsströme darunter zerren das Oberflächenmaterial nur ein wenig hin und her. Die Geodynamiker nennen eine solche Situation ein "stagnant lid", also frei übersetzt einen "stabilen Deckel" (es gibt auch noch den "mobile lid", bei dem die Kruste sich zum Rest des Planeten bewegt und es lokalisiert zu Plattentektonik kommen kann).

Wie gesagt, sicher ist nichts, aber es gibt Elemente, die in solchen Simulationen immer wieder aufkommen.
Siehe z.B.: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920116300280

Polaron
17.02.2017, 21:38
Sehr interesanter Link werde ihn noch genauer lesen, wie gesagt mit der Geologie der Venus habe ich mich nicht wirklich beschäftigt. Das der Venusmantel heißer sein könnte als der der Erde war nur ein spontaner Gedankengang von mir. Wenn man bedenkt, dass die Plattentektonik Wärme aus dem Mantel abführt und es auf der Venus (zumindest jetzt) keine Plattentektonik gibt und dazu noch die Oberflächentemperatur bei 470°C liegt, was dazu führt dass der Temperaturgradient geringer ist, so liegt die Schlussfolgerung nahe, dass der Venusmantel heißer sein dürfte. Wie gesagt dies war nur meine persönliche Idee ohne wissenschaftliche Belege.

"Die Wärme geht vor allem an den Mittelozeanischen Rücken verloren". Dies ist klar, die kalte abtauchende Platte kühlt den Mantel jedoch ebenfalls ab, der heiße Mantel überträgt im Laufe der Zeit seine Wärmeenergie auf die abgesunkene Platte. Es ist so als ob man etwas Kaltes in ein heißes Bad reinlegt, am Ende ist der gesamte Inhalt des Bades etwas kälter.

Bei der Plattentektonik habe ich mich in der Tat nur auf die Konvektionsströme konzentriert, muss ehrlich zugeben, dass dies eine zu einseitige Betrachtungsweise gewesen ist. Auch bei den Konvektionsströmen wäre es besser gewesen, dass ich mich noch mehr auf den Temperaturgradienten bezogen hätte. So entstand der Eindruck, dass Wärme der Entscheidende Faktor ist dies habe ich so nicht gemeint, zumindest was die Kruste betrifft.
Konvektionsströmungen sind insbesondere dann stark wenn es ein Temperaturgefälle gibt, kühlt sich der Mantel ab so nähert er sich der Temperatur der Kruste an und die Konvektionsströmung wird langsamer. Natürlich steigt auch mit einer niedriegereren Temp. die Viskosität, was alles noch langsamer macht. Natürlich geht es auch in die andere Richtung, ist die Kruste heiß so gibt es ebenfalls nur ein geringes Temperaturgefälle zwischen Kruste und Mantel die Konvektionsströmungen dürften dann ebenfalls geringer sein.
Die Viskosität der Kuste ist wie du sagst ebenfalls entscheidend, ist die Kruste zu plastisch können auch keine Brüche entstehen. Am besten ist daher ein relativ heißer Mantel und eine kalte Kruste. Falls jedoch Wasser ebenfalls eine wichtige Rolle spielt, so erreichen wir mit einer größeren Distanz zur Sonne ja eigentlich noch mehr. Wenn die Erde verschoben ist so bleibt das Wasser der Ozeane flüssig und damit gibt es eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass auch die Plattentektonik länger bestehen bleibt. Zumindest würde man damit einen Faktor stabiliesieren, zugegeben nur einer unter vielen.

Kibo
18.02.2017, 22:52
Hi Bynaus,


Ich denke nicht, dass mal jemand simuliert hat, was mit dem inneren Sonnensystem geschehen würde, wenn man die Erde langsam nach aussen verschiebt. Müsste man mal...

Mit welcher Geschwindigkeit soll sich denn die Erde bewegen? welche Schrittweite und Dauer hättest du gerne für die Simulation?

mfg

Bynaus
19.02.2017, 12:58
Hm, ich denke, es würde Sinn machen, einfach mal anzunehmen, dass die Solarkonstante auf der Erde konstant gehalten werden soll. Dh, die Erde migriert so schnell, wie es nötig ist, um stets 1362 W/m2 Einstrahlleistung zu bekommen. Der Zeitraum sollte etwa die verbleibende Zeit der Sonne auf der Hauptreihe umfassen (also ca. noch 5-6 Mrd Jahre; danach wird es kompliziert mit Massenverlust, schnellen Intensitätswechseln etc.).

Was die Schrittweite angeht, hat man bei einer n-body Simulation keine grosse Wahl - man muss einen vernünftigen Bruchteil der Periode des Objekts mit dem kleinsten Orbit nehmen. Wenn man den Mond weglässt (und ihn zur Masse der Erde dazuzählt) wäre das dann Merkur, womit man die Schrittweite auf nicht mehr als eine Woche oder zwei setzen kann.

Kibo
19.02.2017, 19:59
Ich rechne das mal durch, das kann aber ein bisschen dauern, es gibt hier gerade Probleme beim kompilieren mit OpenGl und Windows 10.

Bynaus
19.02.2017, 22:34
Welches Programm brauchst du dafür? Für die Luminosität würde ich einen Anstieg von etwa 0.7% pro 100 Ma ansetzen. Das heisst, in 100 Ma muss sich die Erde bei 1.0035 AU befinden.

Kibo
20.02.2017, 10:07
Ich nehm mein selbst Geschriebenes, muss es dafür aber leicht modifizieren. Du erinnerst dich vielleicht an das (http://www.astronews.com/forum/showthread.php?6333-kleiner-planetarer-Simulator&highlight=symplektisch) hier?

mfg

Bynaus
20.02.2017, 22:27
Ach ja, genau! :) Na dann, bin ich mal gespannt. Aber da musst du ziemlich lange integrieren bis du auf 5 Mrd Jahre kommst. Bei 50 Wochen pro Jahr immerhin 100 Mio Schritte...

@Polaron:


Das der Venusmantel heißer sein könnte als der der Erde war nur ein spontaner Gedankengang von mir. Wenn man bedenkt, dass die Plattentektonik Wärme aus dem Mantel abführt und es auf der Venus (zumindest jetzt) keine Plattentektonik gibt und dazu noch die Oberflächentemperatur bei 470°C liegt, was dazu führt dass der Temperaturgradient geringer ist, so liegt die Schlussfolgerung nahe, dass der Venusmantel heißer sein dürfte. Wie gesagt dies war nur meine persönliche Idee ohne wissenschaftliche Belege.

Man muss aber auch andere Dinge berücksichtigen. Zum Beispiel hat die Venus ja weniger Masse (aus der die Wärme durch radioaktiven Zerfall, und Akkretion letztlich kommt), und - pro Masseneinheit - eine grössere Oberfläche, dh, sie ist grundsätzlich besser darin, interne Wärme abzustrahlen (deshalb kühlen kleinere Körper wie Mond und Mars ja auch schneller aus).

Polaron
24.02.2017, 09:06
Zum Beispiel hat die Venus ja weniger Masse (aus der die Wärme durch radioaktiven Zerfall, und Akkretion letztlich kommt), und - pro Masseneinheit - eine grössere Oberfläche, dh, sie ist grundsätzlich besser darin, interne Wärme abzustrahlen (deshalb kühlen kleinere Körper wie Mond und Mars ja auch schneller aus).
Stimmt, allerdings ist der Masseunterschied zwischen Venus und Erde nicht sehr groß, (Venus ca. 81,5% der Erdmasse) da die Venus etwas kleiner ist als Erde, ist die Abstrahulungsfläche pro Masseneinheit vielleicht 10% größer als bei der Erde. Ok 10% sind 10% man müsste jetzt herausfinden welcher der Faktoren den größeren Einfluss bei der Kühlung des Mantels hat, die etwas größere Abstrahlungsfläche oder die Plattentektonik auf der Erde. Hinzu kommt noch ein enormer Treibhauseffekt und 470 Grad Oberflächentemperatur bei der Venus und damit ein geringerer Temperaturgradient. Wie gesagt man müsste dies Abwägen, letztenendlich könnte nur eine genaue Untersuchung des Venusbasalts etwas über die Manteltemperatur verraten.

Bin jetzt auch auf die Simulationsergebinsse von Kibo gespannt. Mal sehen was passieren wird wenn die Erde etwas weiter weg von der Sonne wäre.
Grüße Polaron

Kibo
24.02.2017, 18:04
Nach 24 Stunden Laufzeit kriege ich nur knapp 1 Mio Jahre simuliert, in der Zeit passiert allerdings nicht wirklich was mit den Umlaufbahnen. Ich gebe auf.

mfg

Polaron
24.02.2017, 20:47
Na ja die Schritte sind im Vergleich zu der gesamten Zeitperiode winzig. Letztendlich kommt es doch darauf an, ob das innere Sonnensystem durch eine größere Entfernung der Erde zur Sonne stabil bleibt oder nicht. Natürlich spielt dabei die Zeit in der die Erde verschoben wird eine Rolle. Vielleicht ist jedoch der gewählte Abstand zur Sonne entscheidend, somit könnte man das Ganze einfach abkürzen und den zeitlichen Faktor ignorieren. Ich weiß, dass dies nicht ganz korrekt ist, aber anders wird es wohl mit einem normalen Computer nicht gehen.
In 5 Mrd. Jahren müsste sich die Erde ungefähr bei 1,2 AU befinden um weiterhin in der habitablen Zone zu sein. Ich würde mal Vorschlagen die Geschwindigkeit mit der sich die Erde von der Sonne entfernt zu erhöhen. Sagen wir einmal die Erde würde sich bereits in 1 Mio. Jahre bei 1,2 AU befinden. Dann würde deine Simulation nur einen weiteren Tag dauern und wir hätten wenigstens ein Ergebnis. Wir könnten dann abschätzen ob man die Erde bis 1,2 AU verschieben könnte oder der Mars uns auf den Kopf fallen würde oder etwas anderes passieren würde.

Ich hoffe dass diese Änderungen helfen werden, lass es uns noch einmal versuchen.
Grüße Polaron