Miben és Miért különbözik a Föld a többi bolygótól?

Az előadások a következő témára: "Miben és Miért különbözik a Föld a többi bolygótól?"— Előadás másolata:

1 Miben és Miért különbözik a Föld a többi bolygótól?
Dr. Illés Erzsébet MTA KTM Csillagászati Kutató Intézete

2 Ebben az előadásban olyasmiről lesz szó, amit mindenki tud vagy tudhatna, (vagyis, hogy miben) és olyasmiről, amit senki nem tud, és eddig nem is vetődött fel, hogy tudni kellene (vagyis, hogy miért). Viszont érdemes lenne kutatni!!!

3 Nézzük először azt, hogy: Miben különbözik a Föld a többi bolygótól?

4 Keletkezéskor mi hoz be különbségeket?
A naptávolság: tömegben (szökési sebességben) összetételben hőmérsékletben A pálya alakja és a forgástengely hajlása a hőmérséklet változásában

5 A bolygók tömege ugyanis attól függ, hogy a keletkezése idején és helyén mennyi porszemcse állt rendelkezésére, amikből összegyűjtögethette az anyagát a porszemcsék száma a Naptól távolodva csökken, de nagyobb az a terület, ahonnan gyűjt és más bolygók zavaró hatása mennyire hagyta őt gyűjtögetni. összetétele pedig attól, hogy milyen anyag porszemcséi álltak ott rendelkezésre a gyűjtögetéshez. Ez pedig a környező hőmérséklettől függött.

6 A bolygótestek egy poros gázköd füstszemcse-méretű porszemeiből álltak össze. Amikor a központi csomósodás hőmérséklete olyan magas lett, hogy begyulladt a Nap, az felfűtötte környezetét, s a kis porszemcsékből elpárolgott az illó anyag. A Naphoz közel így szilikátbolygók álltak össze víz nélkül, de távolabb már jegek is beépültek. Amikor már nagyok lettek, óriási ütközésekkel (Nagy Bombázás Időszaka) alakult ki belőlük az a 4-5 darab, ami most is létezik.

7 A Föld a szilárd, szilikát kéreggel rendelkező „földtípusú” bolygótestek közé tartozik, ugyanúgy mint a Merkúr, a Vénusz, a Mars és a Hold. Azt várjuk tehát, hogy geológiai fejlődési szintjük tömegük szerint sorba rakható, mert a radioaktív fűtőanyag a szilikáttartalommal arányos.

8 Mitől függ egy bolygón a hőmérséklet
Mitől függ egy bolygón a hőmérséklet? Miután a földtípusú bolygóknak viszonylag gyenge a belső hőforrásuk, (ellentétben az óriásbolygókkal), felszíni hőmérsékletük elsősorban attól függ, hogy milyen messze keringenek a Naptól, (a Föld nem túl hideg és nem túl meleg) és ez a hőmérséklet milyen változásoknak van kitéve

9 A tengelyhajlás a többi bolygó zavaró hatására kaotikusan tud változni, pl. a Marson százezer éves időskálán fok között A Földön a nagytömegű Holdunk miatt ez a hatás sokkal kisebb, így a tengelyhajlás nem változik nagyon. A pálya-excentricitás is kicsi, a Földön ezért az ebből adódó hőmérsékletváltozás sem túl nagy És miután a szökési sebesség sem túl kicsi, a Földnek jó esélye van arra, hogy légkörét megtartsa

10 Az illó anyagok légkörök formájában lassítják a bolygótestek hűlését, így meghosszabbítják a geológiai aktivitás időszakát. Ezért érdekes, hogy egy bolygótest mennyire tudja megtartani légkörét. A Naphoz túl közel túl kevés túl távol túl sok illó anyag épült be a testekbe

11 A légkörök szökése Egy nagy becsapódás egy pillanat alatt elfújhatja egy bolygó légkörét. A földtípúsú bolygók többször is elveszíthették így légkörüket a Nagy Bombázás időszakában. Lassú légkörvesztés a hidrodinamikai szökés kisebb testeknél ………………………………… magasabb hőmérsékletnél ………………… a légkör felső rétegeiből …………………… kisebb tömegű atom vagy molekula könnyebben éri el a szökési sebességet, tehát könnyebben szökik el (ez szelektív, vagyis besűrűsödik a légkör)

12 Ezért fontos a szökési sebesség és a hőmérséklet
Ha nagy a tömeg – és így a szökési sebesség, akkor a bolygó légköre nem tud elszökni, (óriásbolygók) ha túl kicsi a szökési sebesség, akkor meg nagyon gyorsan megszökik: a bolygó nem tud állandó légkört fenntartani

13 A légkör összetétele a hőmérséklet szempontjából azért fontos, mert az üvegház-gázok okozta üvegházhatás növeli egy bolygó felszíni hőmérsékletét. A Vénuszon a nagy felszíni légnyomás miatt a főleg széndioxidból állólégkör megszaladó üvegházhatást eredményezett. A Földön (még) nem megszaladó. PETM hősokk (Paleocen-Eocen Thermal Maximum)? Metánklatrát becsapódás? vagy kitermelés?

14 Keletkezéskor a belső bolygókba, így a Földbe sem épült be pl. H2O
Keletkezéskor a belső bolygókba, így a Földbe sem épült be pl. H2O. Azt a bolygórendszer külső vidékén keletkezett, nagy H2O tartalmú kisebb testek, üstökösmagok, kisbolygók hozták később -- becsapódásaikkal.

15 Kritikus a H2O bontása, mert a hidrogén a legkönnyebb elem, a légkör legkülső rétegébe vándorol, és legkönnyebben szökik el. UV és EUV nyelő légköri réteg és hidegcsapda lassítja, vagy meg is akadályozhatja a H2O bontását, és ezzel a H2O vesztését. A földtípusú bolygók közül a H2O-t csak a Föld tudja megtartani

16 Ózon a Földön A Földön a sztratoszféra ózonja miatt az UV és EUV nem jut le a felszínig: a légkörbe került vizet nem tudja bontani, mint a ritka-légkörű Marson

17 Hidegcsapda a Földön A Földön a troposzférában a hőmérséklet csökkenése a magassággal olyan meredek, hogy az ózon magasságában már -20 fok van Eddigre a vízgőz már kifagy, és visszahullik a felszín felé, vagyis a H2O nem jut fel a sztratoszféra fölé, oda, ahol az uv és az euv bontani tudná.

18 …. vagyis a Föld hidrodinamikai szökéssel nem veszíti el a vizét, mint a Vénusz és a Mars. Tehát a Földön tartósan megmaradhatott a szerencsésen megszerzett óceánnyi mennyiségű víz.

19 A mágneses tér

20 A bolygótestek mágneses adatai
a mágneses dipól nagysága szerint Bolygó felszíni térerő: gauss magn.orrtáv bolygósugár részecske sűrűség aurora rádiósug Nap 20300 Jupiter 4,28 45 4000 + + Szaturnusz 0,21 21 20 Uránusz 0,25 27 4 Neptunusz 0,13 26 1,4 Föld 0,31 10 100 Merkúr 0,0035 + – Mars 0,00064 Ganymedes 0,00719 2 Vénusz 0,000003 1,05 Triton –

21 A Föld a mágneses tér erőssége alapján inkább az óriások csoportjához tartozik, mint a földtípusú bolygók csoportjához

22 A bolyótestek felszínei milyen geológiai aktivitási szintre utalnak ?

23 Az aktivitás szempontjából miket szoktak figyelembe venni
Az aktivitás szempontjából miket szoktak figyelembe venni? A felszín egységes-e többféle-e van-e valamikori vulkáni kifolyás nyoma jelenlegi vulkanizmus nyoma van-e tágulási nyom globális repedés belső megfagyása miatt globális repedésrendszer árapályfeszültség miatt köpenyáramlás miatt van-e kompresszió nyoma gyűrt hegyrendszer kontinens tágulás és kompresszió nyoma: lemeztektonika

24 Az biztos, hogy a csak becsapódási kráterek léte esetén nem aktív egy test csak repedések esetén sem: jéghold belsejének megfagyása vagy árapály-repesztés lehet az ok. Ennél több aktivitási jel esetén már nem egyszerű megmondani, hogy melyik aktivitási szint fejlettebb.

25 A Vénusz, a Föld, és a Mars ilyennek látszana kb. azonos felbontásnál
A Vénusz, a Föld, és a Mars ilyennek látszana kb. azonos felbontásnál. Már itt is látszik, hogy nagyon különböző a mintázatuk.

26 A Marson vajon volt-e lemeztektonika?
Ennek két jele is van. A Marson vajon volt-e lemeztektonika? Mars és a befagyott mágneses tér A repedés Föld

27 A Vénuszt kerek, a Földet lineáris alakzatok uralják

28 A Vénusz köralakú alakzatait a koronák adják
100 km átmérőjű 2500 km átmérőjű

29 A becsapódásos kráterek eloszlása jelzi, hogy a Vénusz kérge egységesen fiatal, millió éves.
Hőáram a Földön és a Vénuszon Ezt azzal magyarázzák, hogy a Vénuszon a hő nem tud kellő gyorsan kijutni a bolygótest belsejéből, az egész kéreg egyszerre „fordul be” (overturn). Föld Vénusz

30 Lehet-e azt mondani, hogy a Föld vagy a Vénusz az „aktívabb”
Lehet-e azt mondani, hogy a Föld vagy a Vénusz az „aktívabb”? Azonos fejlődési utat járnak-e be: Vénusz-féle átkapcsolhat-e a lemeztektonikára, vagy a Föld a vénuszi útra? Vagy más fejlődési utat képviselnek? Esetleg egyformán aktívak , csak más aktivitási stílust képviselnek?

31 Vénusz Ugyanakkor a Vénusz nagyobb koronáinak a profilja olyan, mint a földi szubdukciós zónáké Föld A Vénuszon a „szubdukció” helyei

32 a felszínek magasság- eloszlásának diagramja viszont nem mutat kétféle kérget a Vénusz, a Hold, és a Mars esetében Vénusz Hold Föld a Mars

33 A Föld esetében az élesen szétváló két maximum-hely a kontinensek és az óceáni aljzatok átlagmagasságát jelzi. Ez azt mutatja, hogy a Földön kétféle kéreg van. A többi földtípusú bolygón?

34 Most térjünk rá a MIÉRT kérdésre!
Ez a kérdés csak akkor vetődhet fel, ha az összes bolygót tekintjük, vagyis összehasonlítóplanetológiai szemlélet esetén Tekintsük át, mi elgondolkodtató!

35 A mágneses tér szempontjából miért az óriásbolygók csoportjába tartozik a Föld? Vagyis miért olyan erős a mágneses tere?

36 Ha a Merkúr sűrűsége túl nagy, akkor a Földé nem?
A bolygók (kék) és a holdak (piros) sűrűsége a Naptól mért távolság függvényében Föld Merkúr Vénusz Mars Hold Io Europa Titán Triton Plútó Deimos Phobos Charon Neptunusz Jupiter Uránusz Szaturnusz

37 A Földön kétféle kéreg van: a szárazföldi és az óceáni
H. Frey: az óceáni kéreg tulajdonképpen mare, csak nem vulkáni kiömlésként, lassan és kisebb foltokban került a felszínre, mint a Holdon.

38 De hogyan került és maradt a felszínen az óceáni kéreg a Földön -- térbelileg ennyire elkülönülve a kontinentálistól?

39 Mitől van a Földön tartósan lemeztektonika. Mitől mozognak a lemezek
Mitől van a Földön tartósan lemeztektonika? Mitől mozognak a lemezek? Ha csak a bolygó méretétől függ, akkor miért nincs a Vénuszon is, amely csaknem akkora, mint a Föld? És miért nincs a Vénuszon is kétféle kéreg?

40 Mi a lényeges különbség a Föld és a többi földtípusú bolygó között?
A Föld nagyméretű holdjának, vagyis a Holdnak a léte A többi földtípusú bolygónak vagy nincs holdja (Merkúr, Vénusz), vagy csak nagyon kisméretű holdja van (Mars)

41 A többi bolygó holdjai vagy reguláris holdak (az ősi poros gázköd füstszemcse-méretű poranyagából álltak össze, mint maguk a bolygók is.) vagy befogott holdak (a Nap körül keringő kisebb testeket maguk körüli keringésre kényszerítették.)

42 Bolygók és egyes holdjaik átmérőinek arányai
reguláris befogott holdak holdak Föld Hold ,7 Mars Phobos Jupiter Io , Himalia Szaturnusz Titán , Phoebe Uránusz Titania , Potia Neptunusz Triton , Proteus Plútó Charon ,9

43 Bolygó -- hold méretarányok
A Föld és a Hold méretarányosan A Jupiter és két „nagyholdja”: Io, Europa

44 Miért ennyire más a tömegarány a Föld holdja esetében
Miért ennyire más a tömegarány a Föld holdja esetében? mert a mi Holdunk másként keletkezett

45 Holdunk egy érintőleges óriás-ütközéssel keletkezett: a differenciálódott ős-Föld és a becsapódó test is ritkább, külső rétegeit veszítette el az ütközésben, ami a maradék testek átlagsűrűségének a növekedéséhez vezetett

46 A becsapódó test elrepülő része visszatért,
és újra ütközve egyesült a Földdel. Ez még növelte az ősFöld sűrűségét.

47 A lefröccsent, szétporladt anyag földkörüli pályára állt
A lefröccsent, szétporladt anyag földkörüli pályára állt. Ekkor ideiglenesen a Földnek is volt gyűrűje. A gyűrű részecskéi ütköztek, s így lassan összecsomósodott néhány nagyobb darab. Majd ezeket is ütközéssel begyűjtötte a legnagyobb csomó, ami most a mi Holdunk

48 Vajon milyen hatást váltott ki a Föld belső dinamikájában ez az óriási ütközés?
És hogyan befolyásolta ez a későbbi, a mostani dinamikát? A belső hőtartalék megnőtt, a magnak és a köpenynek az áramlása felgyorsult?

49 Lehetséges, hogy a Hold keletkezését okozó ütközés miatt vannak a Földnek ilyen különleges tulajdonságai? Nagyobb mag – nagyobb átlagsűrűség A mag nagyobb hőtartaléka és felgyorsult áramlása erős mágneses tér A köpeny felgyorsult áramlása – lemeztektonika

50 Akkor miért nem jött létre kétféle kéreg a többinél is?
De más bolygó is elszenvedett óriásütközéseket a Merkúr is, a Vénusz is és a Mars is, mint ezt a bolygótestek forgása és a pályák tulajdonságai mutatják Akkor miért nem jött létre kétféle kéreg a többinél is?

51 Egy különlegességét a Földnek eddig még nem említettem: az árapályt a Hold léte következtében. A geofizikusok szerint a Hold árapályfűtése elhanyagolható a Föld magjából származó fűtés mellett. De árapály-repesztő hatása is? Egyáltalán, van a Holdnak most szerepe a tengelyhajlás stabilizálásán kívül?

52 A 80-as évek: meglepő térkép a mesterséges holdak által készített fotókon megfigyelhető lineamentum rendszerről a SzU akkori egész területéről, ami az ország mérete miatt globálisnak tekinthető. (A lineamentumok nagy részét geofizikai módszerekkel már ismerték) Összehasonlításként az Europa hold árapály-okozta globális repedésrendszere Föld, SzU

53 … és az árapályfeszültségek modellszámítással kapott mintázata az Europa felszínén.

54 Ciklois alakú repedések az Europan és a Földön

55 Lehetséges, hogy a földkéreg repesztését a Hold által okozott árapály-feszültség indítja el?

56 A megrepedt kérget aztán a köpenyáramlás már széthordta, és létrehozta a kétféle kérget? Ezzel folyamatosan hűl a belső, hideg és törékeny marad a kéreg. Így nem tud felhalmozódni a hő, mint a Vénuszban?

57 Mindenesetre a Messenger szonda megfigyelése, miszerint a Merkúr magja ma is folyékony, utalhat arra, hogy az óriásbecsapódások valóban szerepet játszhattak a prolongált dinamóműködésben, és ezzel a prolongált geológiai aktivitásban.

58 Nagytömegű Holdunk léte a geológiai aktivitás stílusába, és nem a szintjébe szólna bele?
Ezekre a kérdésekre végső soron különböző kezdeti feltételekből kiindulva modellszámításokkal lehetne, és lenne érdemes keresni a választ.