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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Massenzuwachs der Erde durch Meteoriten, Asteroiden und Staub



UMa
05.07.2006, 20:45
Hallo.

Wie groß ist der mittlere Massenzuwachs der Erde durch Meteoriten, Asteroiden und Staub? Und wie verteilt er sich nach der Größe der Körper?
Für Staub habe ich in neueren Quellen 10000-40000 Tonnen/Jahr gefunden, in älteren sogar 1000-10000 Tonnen/Tag,
für Meteorite 20-40 Tonnen/Tag.
Asteroiden? Eine Hochrechnung aus den gefundenen Kratern wäre wahrscheinlich zu niedrig?!

Grüße UMa

Bynaus
06.07.2006, 09:18
Die älteren Schätzungen waren wohl zu hoch - heute geht man von 40000 Tonnen im Jahr bzw. 1 kg / 40000 Quadratkilometer und Jahr aus. Das umfasst AFAIK Staub, Meteorite und Asteroiden.

Allenfalls könnte man den genauen Wert für Asteroiden auch aus der Grössenverteilkurve errechnen.

http://www.planeten.ch/images/asteroidengefahr.gif

UMa
07.07.2006, 18:54
Hallo Bynaus,

hm, die Kurve deutet darauf hin, dass der Massenzuwachs offenbar durch wenige große Einschläge dominiert wird. Das hatte ich auch zuerst vermutet, da ja auch bei der Verteilung der Asteroiden die Hauptmasse in größeren Körpern steckt. Trotzdem scheint es einen, überproportional Großenanteil von Staub zu geben. Ich kommen überschlagsmäßig für Körper bis 17500m Durchmesser (KT-Einschlag, Annahme aller 10^8 Jahre, Skalierung t ~ R^-2,5 d.h. die Kurve durch Gerade approximiert, ohne Staub) auf im Mittel 373000t/Jahr, wovon 97,6% auf Körper größer als 10m entfällt, die eben nicht jährlich einschlagen.

Allein der KTI hat über 100000t/Jahr (Masse auf 65Mio Jahre) verteilt gebracht.
Hoffentlich stimmen diese Werte einigermaßen.

Grüße UMa

Bynaus
08.07.2006, 00:30
Hoffentlich stimmen diese Werte einigermaßen.

Ich habe leider keine Quelle für das Diagramm nennen, da es aus einem Vorlesungsskript Planetologie stammt und dort nicht gekennzeichnet ist (die deutschen Bezeichnungen habe ich eingefügt). Interessant, dass da so viel Material zusammen kommt, das hätte ich nicht gedacht - wie oben erwähnt, ging ich davon aus, dass diese 40000 Tonnen das alles umfassen würden. Danke für die Info!

UMa
16.07.2006, 10:25
Hallo Bynaus,

was man evtl noch berücksichtigen müsste ist, dass bei sehr großen Einschlägen wie etwa dem KT-Impakt ein (kleiner) Teil der Atmosphäre verloren gehen kann.

Vielleicht bekomme ich die Massenbilanz für die Erde doch noch zusammen.

Grüße UMa

Bynaus
16.07.2006, 14:03
Ich bezweifle, dass die Energie, die ein solcher Impaktor in die Atmosphäre einbringt, deutlich ausserhalb der jahreszeitlichen Schwankung liegt. Das müsste man jetzt aber nachrechnen. Ich würde vermuten dass die Erde seit dem Ende des "Schweren Bombardements" vor 3.9 Milliarden Jahren keine bedeutenden Teile der Atmosphäre mehr durch Impakte verloren hat.

UMa
16.07.2006, 18:25
Hallo Bynaus,

im Buch Bergmann/Schaefer:"Lehrbuch der Experimentalphysik, Erde und Planeten", habe ich gelesen, dass bei impakten ab 13km Durchmesser (Erde, 3km Mars bzw 70km Venus) Teile der Atmosphäre verloren gehen können. Dabei geht die gesamte Atmosphäre oberhalb der Tangentialfläche des Impaktes vorloren. Für die Erde wären das jeweils 0,06% der Atmosphäre pro Impakt >13km Durchmesser. Der Durchmesser hängt sicher auch noch von Dichte und Einschlaggeschwindigkeit ab.

Bleiben folgende Fragen. Wie hat sich die Einschlagrate in den vergangen Mrd Jahren entwickelt? D.h. wieviel mal größer war sie z.B. vor 2 oder 3 Mrd Jahren? Und wieviel Atmosphäre wird durch Vulkanismus nachgeliefert? Zumindest heute?

Grüße UMa

Bynaus
17.07.2006, 11:22
im Buch Bergmann/Schaefer:"Lehrbuch der Experimentalphysik, Erde und Planeten", habe ich gelesen, dass bei impakten ab 13km Durchmesser (Erde, 3km Mars bzw 70km Venus) Teile der Atmosphäre verloren gehen können. Dabei geht die gesamte Atmosphäre oberhalb der Tangentialfläche des Impaktes vorloren. Für die Erde wären das jeweils 0,06% der Atmosphäre pro Impakt >13km Durchmesser. Der Durchmesser hängt sicher auch noch von Dichte und Einschlaggeschwindigkeit ab.

Interessant, Danke! Das ganze hängt vermutlich von der Energie ab, nicht vom Durchmesser. Ich denke, die 13 km stehen für einen typischen Meteoriten mit 3.5 g/ccm (1 bis ~8 sind möglich) Dichte und einer typischen Geschwindigkeit von 20 km/s (11 bis ~42 km/s sind möglich).

Interessant auch, weil es so scheint, dass dieser Effekt die Atmosphären zu extremeren Positionen zu treiben scheint: Je dichter die Atmosphäre ist, desto mehr Energie braucht es, um sie zu verlieren. Je dünner sie ist, desto leichter geht sie weiter verloren... Wiedereinmal finden wir die Erde in der "Goldilocks"-Position...


Bleiben folgende Fragen. Wie hat sich die Einschlagrate in den vergangen Mrd Jahren entwickelt? D.h. wieviel mal größer war sie z.B. vor 2 oder 3 Mrd Jahren? Und wieviel Atmosphäre wird durch Vulkanismus nachgeliefert? Zumindest heute?

Die Impaktrate ist seit dem Späten Schweren Bombardement (Late Heavy Bombardment) nicht stark gesunken und im wesentlichen gleich geblieben, so viel ich weiss.

Zum Beitrag heutiger Vulkane habe ich dies hier gefunden:
http://volcano.und.edu/vwdocs/Gases/man.html

Die Vulkane tragen aber natürlich nichts zum Massenzuwachs der Erde bei... Gas, das die Erdatmosphäre aufgrund von Asteroiden-Impakten verlässt, hingegen, wirkt sich negativ auf die Massenbilanz aus.

UMa
23.07.2006, 18:35
Hallo Bynaus,

die Impaktrate scheint sich in den letzten 3 Mrd Jahren nicht sehr verändert zu haben.

Eine Frage zur typischen Einschlaggeschwindigkeit auf die ich bei meiner Suche gestoßen bin:
Ist sie auf der Erde oder auf dem Mond höher? ;)

Der Atmosphärenverlust dürft ca. 1% in 1 Mrd Jahren betragen.

Aus den Angaben über die vulkanischen Ausgasungen kann ich momentan nicht viel ableiten. Weil nicht klar, ist wieviel tatsächlich neu (zu Atmosphäre) hinzukommt, und was nur "durchfliest" d.h. in irgendeiner Form verschluckt wird und dann wieder an die Oberfläche kommt.

Grüße UMa

Bynaus
24.07.2006, 10:13
Ist sie auf der Erde oder auf dem Mond höher?

Hm, fragst du mich das ernsthaft? Wegen dem Smiley...


Aus den Angaben über die vulkanischen Ausgasungen kann ich momentan nicht viel ableiten. Weil nicht klar, ist wieviel tatsächlich neu (zu Atmosphäre) hinzukommt, und was nur "durchfliest" d.h. in irgendeiner Form verschluckt wird und dann wieder an die Oberfläche kommt.

Stimmt, das hatte ich gar nicht bedacht. Nun, die Prozesse scheinen sich die Waage zu halten, nicht wahr? Sonst wäre der Atmosphärendruck in der Zeit stetig gewachsen.

Man könnte Argon in der Atmosphäre als Gradmesser für den Flux nehmen. Argon wird, soviel ich weiss, kaum irgendwo "gebunden" (evtl. löst es sich in geringen Mengen im Wasser und wird in noch geringeren Mengen wieder begraben? Das dürfte vernachlässigbar sein). Da es zu schwer ist, um in nennenswerten Mengen der Erdatmopshäre zu entkommen, dürfte es sich seit 4.5 Milliarden Jahren angesammelt haben. Wenn der heutige Argon-Flux, mulitpliziert mit der Zeit, ungefähr die heutige Konzentration ergibt, dürfte die Atmosphäre kaum etwas verloren haben. Es könnte sein, dass etwas mehr Argon vorhanden ist, als sich mit dem heutigen Flux erreichen lässt (das wäre ein Hinweis darauf, dass der Flux früher grösser war), falls die heutige Menge jedoch geringer ist, als sich mit dem gegenwärtigen Flux erreichen lässt, dann wäre das ein Hinweis darauf, dass bedeutende Mengen der Atmosphäre verloren gegangen sind (der Prozess, der dazu geführt hat, ist damit noch nicht identifiziert, natürlich).

UMa
24.07.2006, 12:35
Hallo Bynaus,

ja die Frage ist ernsthaft. Der Smiley war deswegen, weil ... , naja vielleicht sage ich das besser erst nach einer Antwort. ;)

Ja das ist eben die Frage, ob der Druck stetig wächst oder nicht oder sogar fällt.

Grüße UMa

mac
24.07.2006, 21:00
ja die Frage ist ernsthaft. Der Smiley war deswegen, weil ... , naja vielleicht sage ich das besser erst nach einer Antwort. ;)
Hallo UMA,

ich hab' das zwar jetzt immer noch nicht verstanden, aber werde trotzdem halb quantitativ antworten.

Für Objekte die aus unserem Sonnensystem stammen (also keine nennenswerte Anfangsgeschwindigkeit hatten) ist in Höhe der Erdbahn etwas mehr als die Erdbahngeschwindigkeit möglich. Fallen sie auf die Erde, kommt ein Teil der Fluchtgeschwindigkeit der Erde hinzu, fallen sie auf den Mond, kommt ein ähnlicher Teil seiner Fluchtgeschwindigkeit hinzu plus seiner Bahngeschwindigkeit (alles als worst case gerechnet) Für eine genauere Rechnung brauche ich mehr Zeit.

Herzliche Grüße

MAC

UMa
28.07.2006, 12:42
Hallo MAC,

ja, bisher im Prinzip korrekt.
Mal sehen wann Bynaus antwortet.

@Bynaus:
Hoffentlich hast du die Frage wegen des Smileys nicht als Witz aufgefasst. Ich hätte ihn wohl besser nicht anhängen sollen. Er war eher als Wink gedacht, wegen der nur scheinbar trivialen Frage.

Grüße UMa

Bynaus
28.07.2006, 14:28
Hallo UMa, ups, den Thread hätte ich fast vergessen...

Also, natürlich ist die Einschlaggeschwindigkeit auf dem Mond tiefer, da ein Körper, der die Mondbahn durchquert und auf die Erde aufschlägt, auf dem Weg dorthin nochmals beschleunigt. Die Mindestgeschwindigkeit an der Oberfläche entspricht für Körper, die aus dem Weltall kommen und vorher gravitativ ungebunden waren, immer der jeweiligen Fluchgeschwindigkeit. Also 11.2 km/s für Erd-Impaktoren, 2.4 km/s (Mondfluchtgeschwindigkeit) für Mond-Impaktoren (die Fluchtgeschwindigkeit der Erde auf der Höhe der Mondbahn beträgt 1.4 km/s, die ist also in der Geschwindigkeit des Mondimpaktors bereits enthalten).

UMa
28.07.2006, 14:40
Hallo Bynaus,

soweit so gut. Du meinst also, dass sie auf der Erde deutlich höher ist?
Ganz so einfach ist es leider nicht, sonst hätte ich die Frage kaum gestellt. Deswegen auch die Idee mit dem ;) .

Wie sieht es z.B. mit der Einschlagwahrscheinlichkeit auf dem Mond im Verhältnis zur Erde aus? Von was hängt die ab?

Grüße UMa

mac
29.07.2006, 01:59
Ganz so einfach ist es leider nicht, sonst hätte ich die Frage kaum gestellt. Deswegen auch die Idee mit dem ;) .

Hallo UMa,

Mein erster Gedanke war: Das UMa eine solche Frage stellt, kann doch nicht sein. Dann ging mir durch den Kopf: Entweder ein Joke, oder was ganz raffiniertes, auf das ich nicht komme. :confused:

Mir fallen jetzt sicher nicht alle Möglichkeiten ein? Aber aus Bynaus und meiner Antwort geht doch eigentlich schon hervor, dass für beide Himmelskörper ein ziemlich großer Unterschied in der Einschlaggeschwindigkeit möglich ist. (Bynaus hatte für die Mindestgeschwindigkeit gerechnet und ich die maximale Geschwindigkeit beschrieben) und da gibt es ja einen sehr großen Überlappungsbereich für die möglichen Einschlaggeschwindigkeiten, so dass auf der Erde ab und zu auch deutlich langsamere Einschlaggeschwindigkeiten möglich sind, als auf dem Mond.



Wie sieht es z.B. mit der Einschlagwahrscheinlichkeit auf dem Mond im Verhältnis zur Erde aus? Von was hängt die ab?
Ganz spontan sage ich mal: Von der Gravitation, der Auffangfläche und der Exclusivität. Mit Exclusivität meine ich: Sowohl die Erde als auch der Mond (und alle anderen natürlich auch) schnappen sich gegenseitig potenzielle Treffer weg.

Die genaue Berechnung erscheint mir so kompliziert, dass ich aus eigenem Vermögen wahrscheinlich nicht alle nötigen Parameter bedenken würde, und für die Aufstellung einer Formel unverhältnismäßig viel Zeit brauchen würde. Abgesehen davon, dass ich nicht der erste wäre, der das täte. (und in meinem Fall wahrscheinlich scheiterte) gibt es eine Solche mit Sicherheit schon. Wahrscheinlich kommt Bynaus nachher noch damit rüber.:D

Qualitativ glaube ich, dass es etwa proportional zur Gravitation und zur Auffangfläche ist, während alle anderen Parameter (zumindest die, die mir noch so einfallen) eine eher untergeordnete Rolle spielen?

Herzliche Grüße

MAC

UMa
31.07.2006, 14:17
Hallo MAC,

das Stichwort "Auffangfläche"(cross section) ist gut. Wovon hängt die ab?
Die "Exclusivität" können wir, denke ich, vernachlässigen.

Grüße UMa

Bynaus
31.07.2006, 14:42
Die "Auffangfläche" hängt einerseits vom Querschnitt des Planeten ab (klar), zudem vom sog. "Gravitational Focussing", also dem Querschnitt (in Abhängigkeit zum Abstand und der Geschwindigkeit des Impaktors), in dem die Gravitation des Körpers in der Lage ist, Impaktoren so abzulenken, dass sie auf den Planeten (bzw. Mond) fallen.

UMa
31.07.2006, 14:52
Hallo Bynaus,

Die "Auffangfläche" hängt einerseits vom Querschnitt des Planeten ab (klar), zudem vom sog. "Gravitational Focussing", also dem Querschnitt (in Abhängigkeit zum Abstand und der Geschwindigkeit des Impaktors), in dem die Gravitation des Körpers in der Lage ist, Impaktoren so abzulenken, dass sie auf den Planeten (bzw. Mond) fallen.
genau! :) :) :)

Und wie hängt das "Gravitational Focussing" von der Geschwindigkeit des Impaktors ab?
Und was bedeutet das für die *mittlere* Einschlaggeschwindigkeit bzw Einschlagenergie?

Grüße UMa

Bynaus
31.07.2006, 15:56
Und wie hängt das "Gravitational Focussing" von der Geschwindigkeit des Impaktors ab?

Hm, das müsste ich nachschlagen. Aber im Prinzip würde ich sagen, je geringer die Geschwindigkeit ist, desto stärker die Ablenkung. Ich sehe aber immer noch nicht, wie das dazu führen würde, dass die Impaktorgeschwindigkeit auf dem Mond geringer wäre als auf der Erde...

EDIT: Kennst du das? http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2006/pdf/1262.pdf

UMa
01.08.2006, 12:32
Hallo Bynaus,

Ich sehe aber immer noch nicht, wie das dazu führen würde, dass die Impaktorgeschwindigkeit auf dem Mond geringer wäre als auf der Erde...
ich vermute aus dem Zusammenhang, dass du das Gegenteil meinst.

Also ich habe nicht behauptet, die mittlere Impaktgeschwindigkeit auf dem Mond wäre größer.
Mein Ergebnis ist, dass die stärkere Gravitationsfokussierung der Erde den Effekt der zusätzlichen Impaktgeschwindigkeit durch die stärkere Gravitation zum größten Teil aber nicht vollständig kompensiert. Insbesondere wird die Auffangfläche für langsame Körper bei der Erde sehr groß, was die mittlere Impaktgeschwindigkeit senkt. Was ich nicht berücksichtigt habe, ist die Gravitationsfokussierung der Erde für den Mond, sowie, was wahrscheinlich schwerer wiegt, das 'observational bias' in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit.

Zu deinem Link: Dort wird von einer Einschlaggeschwindigkeit von 19,2km/s für den Mond und 20,9km/s für die Erde ausgegangen. Aus der Mondgeschwindigkeit errechne ich damit (unter Vernachlässigung der Gravitationsfokussierung) v_inf=19,0km/s. Dies würde für die Erde ohne Gravitationsfokussierung 22,06km/s mittlere Einschlaggeschwindigkeit bedeuten. Bei den 20,9km/s wurde der Effekt der Reduktion schon berücksichtigt.

Ich bin allerdings von einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit im Unendlichen ausgegangen, einer Verteilung (ermittelt aus denen 'riskanter' Asteroiden) mit im Mittel etwa v_inf=13?km/s. Was auf Einschlaggeschwindigkeiten von 14,3?km/s für den Mond und 14,7?km/s für die Erde führt.
Was jetzt auf den Unterschied führt, weiß ich noch nicht. Möglicherweise wirkt sich die Gravitationsfokussierung stärker als befürchtet schon auf die Menge der 'riskanten' Asteroiden aus?
Aus dem Gedächtnis habe ich 17km/s für die mittlere Einschlaggeschwindigkeit für die Erde in Erinnerung, kenne aber die Quelle nicht.

Grüße UMa

PS: Mit ?bezeichnete Zahlen aus dem Gedächtnis, Werte werden später nachgeliefert.