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Thema: Erde in der habitablen Zone halten

  1. #11
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    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.
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  2. #12
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    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.

  3. #13
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    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...31920116300280
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  4. #14
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    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.
    Geändert von Polaron (17.02.2017 um 20:41 Uhr)

  5. #15
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    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
    101010

  6. #16
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    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.
    Geändert von Bynaus (19.02.2017 um 12:04 Uhr)
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  7. #17
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    Ich rechne das mal durch, das kann aber ein bisschen dauern, es gibt hier gerade Probleme beim kompilieren mit OpenGl und Windows 10.
    101010

  8. #18
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    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.
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  9. #19
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    Ich nehm mein selbst Geschriebenes, muss es dafür aber leicht modifizieren. Du erinnerst dich vielleicht an das hier?

    mfg
    101010

  10. #20
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    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).
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