Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

descheleschilder

Stel de Aarde draait, net als Mercurius, eenmaal per jaar om zijn as, hetgeen betekent dat één kant van de Aarde altijd naar de Zon gericht is. Ontstaat er dan geen thermodynamisch evenwicht, wat weer betekent dat geen ``uitevenwicht`` situaties kunnen ontstaan. Is het dan niet logisch te veronderstellen dat een (van de vele) noodzakelijke voorwaarde voor het ontstaan van leven de draaiing van de Aarde is? Het enige wat er in thermodynamische zin plaats vindt is een constante stroom van warmte naar de donkere kant van de Aarde en uitstraling van warmte terug de ruimte in.

Michel Uphoff

De stand van de aardas is natuurlijk ook van belang. Zomer en winter op de noord- en zuidpool blijven elkaar afwisselen, zodat er ook dan nog steeds sprake is van seizoenen. Daarnaast is het op basis van temperatuurmetingen bij Venus en Uranus duidelijk dat er - ook als de stand van de as zodanig is dat die weinig seizoensinvloeden oplevert - nog steeds de nodige thermische dynamiek is. Zie ook dit topic.

Marko

Die seizoenen zijn nergens voor nodig. Zoals het beschreven staat is er sprake van een object dat continu aan een zijde meer energie ontvangt dan aan de andere zijde. Dat betekent noodzakelijkerwijs dat er geen sprake is van thermodynamisch evenwicht.

Er is verschil tussen een stationaire toestand (steady state) en evenwicht.

Michel Uphoff

Van evenwicht is er inderdaad geen sprake. De reactie betrof de gedachte dat er geen temperatuurwisselingen op een willekeurige locatie zouden voorkomen.

descheleschilder

Je kan een onderscheid maken tussen een statisch evenwicht en een dynamisch evenwicht. Het is het laatste waar ik op doel. De constant verlichte kant van de Aarde ontvangt alle energie van de Zon, die wordt gedeeltelijk terug in de ruimte gestuurd en het grootste deel wordt naar de koudere achterkant getransporteerd, zoals warmte dat altijd doet. Maar dat transport is constant (op de seizoensinvloeden na) hetgeen een dynamisch evenwicht oplevert. In tegenstelling tot de situatie waarin de resonantie niet 1 op 1 is. Dan is er geen sprake meer van een dynamisch evenwicht, maar van een situatie waarin de Aarde als het ware ademt.

Michel Uphoff

Hetgeen een dynamisch evenwicht oplevert

Heb je de gegeven link wel bekeken? De rotatie-as van Venus staat bijna loodrecht op haar omloopbaan, de Zon is afwisselend 2 maanden boven en onder de horizon, haar baan is vrijwel cirkelvormig. Allemaal condities voor saai weer. Toch varieert de temperatuur er laag in de atmosfeer met 30 graden in een paar dagen. Verschil tussen dag- en nachttemperatuur is er aan het oppervlak nauwelijks. Hier wat temperatuurplots van de atmosfeer van Venus op diverse hoogten.
Afbeelding

Bron:Esa

Wellicht dat in een lab met een gladde ronde bal een dergelijk 'evenwicht' goed te bereiken is. Bij een planeet met een atmosfeer, oceanen, bergen, continenten, geologische activiteit en gebieden met verschillende thermische inertie ligt het ook bij 1:1 resonantie en verticale rotatie-as heel wat gecompliceerder.

Bijkomend probleem is verder dat de Aarde te ver van de Zon staat om binnen enkele miljarden jaren tot 1:1 resonantie te komen, wat ook zou gelden voor Aardachtige planeten rond Zonachtige sterren.

descheleschilder

Maar zou er leven kunnen ontstaan op een planeet die met één zijde altijd naar de bijbehorende ster gericht is (als de andere condities ``in orde`` zijn)? Volgens mij is er zonder een dag en nacht ritme geen leven mogelijk.

JorisL

descheleschilder schreef: Maar zou er leven kunnen ontstaan op een planeet die met één zijde altijd naar de bijbehorende ster gericht is (als de andere condities ``in orde`` zijn)? Volgens mij is er zonder een dag en nacht ritme geen leven mogelijk.

Een "bewijs" per contradictie dat de claim over leven niet geldig is.

Er is leven in de Marianatrog (ongeveer 11km diepte) waar geen verschil bestaat tussen dag en nacht volgens mij.
De temperatuur veranderd niet (waarneembaar) door de zon omdat het te diep is.
Licht dringt er niet door dus dat geeft ook geen verschil.

Eventuele stromingsverschillen (weet niet of die er zijn) maken niks uit.

Q.E.D.

Marko

descheleschilder schreef: Je kan een onderscheid maken tussen een statisch evenwicht en een dynamisch evenwicht. Het is het laatste waar ik op doel.

Dat kan, maar dat is niet zinvol. Thermodynamisch evenwicht is altijd dynamisch, omdat de deeltjes waar het om gaat continu in beweging zijn. Het enige zinvolle onderscheid is dat tussen evenwicht en stationaire toestand.

Of liever gezegd: Het enige zinvolle onderscheid is tussen een gesloten en een open systeem. In een gesloten systeem kan geen leven ontstaan, in ieder geval zal het zichzelf niet in stand kunnen houden. In een open systeem wel.

descheleschilder schreef: Maar zou er leven kunnen ontstaan op een planeet die met één zijde altijd naar de bijbehorende ster gericht is (als de andere condities ``in orde`` zijn)? Volgens mij is er zonder een dag en nacht ritme geen leven mogelijk.

Volgens jou ja. Maar niet volgens de thermodynamica.

Michel Uphoff

@DSS: Maar zou er leven kunnen ontstaan op een planeet die met één zijde altijd naar de bijbehorende ster gericht is

JorisL geeft hierboven al aan dat er leven bestaat dat niet afhankelijk is van een dag/nacht ritme. Maar dat laat de vraag nog wel open of er leven kan ontstaan bij afwezigheid van zo'n ritme, en dat is toch wat anders.

Die vraag kan ik - geen rekening houdend met fysische bezwaren, zie verder - bevestigend noch ontkennend beantwoorden. Het zou meer inzicht vereisen in het ontstaan van leven dan we nu hebben. Als ik op mijn intuïtie af moet gaan, zou ik zeggen dat dat toch wel goed mogelijk moet zijn. Eigenlijk is m.i. de juiste vraag "Waarom niet?" Volgens mij zijn veel eenvoudige levensvormen echt niet afhankelijk van een dergelijk ritme, en ik kan mij voorstellen dat de evolutie er voor hogere levensvormen een oplossing voor vindt.

Maar, en dit is belangrijk, een planeet krijgt niet zomaar een 1:1 resonantie. Daar zijn een aantal voorwaarden noodzakelijk, en die zouden het ontstaan van leven zoals wij dat hier op Aarde kennen waarschijnlijk blokkeren:

1:1 resonantie houdt een relatie tussen de massa van planeet en ster en hun onderlinge afstand in:

Heeft de planeet een geringe massa, dan zal deze vroeg in zo'n resonantie terecht komen. Maar een planeet met een geringe massa heeft geen atmosfeer van betekenis, en dat sluit leven zoals wij dat kennen vrijwel uit.
Is de massa van de planeet groot genoeg voor een atmosfeer én hij komt betrekkelijk kort na het ontstaan in resonantie dan moet de afstand tot de moederster gering zijn (zie Venus), of de massa van de ster is erg groot zodat deze veel meer energie levert. In beide gevallen ligt de planeet niet binnen de leefbare zone van een ster, en is de temperatuur van de planeet veel te hoog voor leven zoals wij dat kennen.
Dan is er nog de mogelijkheid dat een planeet van toereikende massa die zich in de habitable zone van een ster bevindt én in 1;1 resonantie is. Dan zou het om een zeer oud zonnestelsel gaan, en is het waarschijnlijk dat leven zich al miljarden jaren terug zou hebben ontwikkeld, en is het erg onwaarschijnlijk dat leven pas zo laat in de evolutie van een stelsel ontstaat.
Nog een mogelijkheid zou zijn dat de planeet om de een of andere reden heel weinig impulsmoment heeft meegekregen, door een vroege botsing met een andere planeet bijvoorbeeld. Samen met andere vereisten als liggend in de leefbare zone en een toereikende atmosfeer (en nog een aantal eisen) is dat dan wel een uitzonderlijke situatie. Vraag is dan of er zich leven kan hebben ontwikkeld, ik vermoed van wel.

Kortom, onmogelijk lijkt het mij niet, maar in het algemeen kan je stellen dat fysische omstandigheden behorend bij een 1:1 resonantie bepaald ongunstig zijn voor het ontstaan van leven zoals wij dat kennen.

Als over een jaar of 8 de E-elt telescoop af is, zal men waarschijnlijk in staat zijn niet alleen atmosferen van exoplaneten door te lichten (op zuurstof bijvoorbeeld), maar ook achter hun rotatiesnelheid te komen. Overigens weten we nu al van enkele exoplaneten de rotatiesnelheid, maar de E-elt zal naar verwachting dit aantal zeer drastisch verhogen. Mogelijk krijgen we dan veel meer inzicht.

descheleschilder

Marko schreef:
Dat kan, maar dat is niet zinvol. Thermodynamisch evenwicht is altijd dynamisch, omdat de deeltjes waar het om gaat continu in beweging zijn. Het enige zinvolle onderscheid is dat tussen evenwicht en stationaire toestand.

In een statisch thermodynamisch evenwicht vindt er geen thermodynamiek plaats (netto gezien), terwijl dat in een dynamisch evenwicht wél plaatsvindt. Die dynamiek van warmte vindt plaats op een planeet die met één kant naar de begeleidende ster gericht blijft. De temperaturen aan beide kanten blijven gelijk (maar zijn wel verschillend van elkaar) omdat er een constante warmtestroom van de verlichte naar de onverlichte kant plaatsvindt. Straling van de ster verhit de atmosfeer. Een deel van deze warmte wordt weer terug de ruimte in gestraald, maar het grootste deel zal naar de koude achterkant stromen en van daar de ruimte in gestraald worden (en er vindt een constante warmtestroom door de planeet heen plaats). Er is een constant temperatuurverschil tussen beide zijden. Dit is een geheel andere situatie als bijvoorbeeld twee vaten met gas van dezelfde temperatuur die met elkaar in contact gebracht worden. Er vindt geen warmtestroom plaats. Natuurlijk zijn de gasdeeltjes in beweging (anders bezitten de twee gassen in de vaten geen temperatuur), maar er is toch een statisch evenwicht aangezien er geen warmtestroom (kleine fluctuaties daar gelaten) aanwezig is. Een statisch evenwicht vindt in het algemeen plaats in een gesloten systeem, een dynamisch evenwicht daarentegen in een open systeem. Volgens Prigogine vinden patroonvormende processen plaats in systemen die ver uit een dynamisch thermodynamisch evenwicht zijn, zoals op een planeet met een dag- en nachtritme.

Marko

Met zelfverzonnen termen smijten heeft geen meerwaarde. Zoals ik al aangaf is thermodynamisch evenwicht altijd dynamisch. Je moet onderscheid maken tussen evenwicht en stationaire toestand. Dat zijn de te gebruiken termen als je een enigzins serieuze discussie wil voeren, maar het kan natuurlijk zijn dat dat helemaal niet de bedoeling was.

In een open systeem zijn er in- en uitgaande (energie)stromen. Als die stromen aan elkaar gelijk zijn, is er sprake van een stationaire toestand. Maar er is geen evenwicht, sterker nog, zo'n stationaire toestand kan zich zeer ver buiten de evenwichtstoestand bevinden.

En daarmee zijn alle thermodynamische voorwaarden voor het ontstaan van leven aanwezig.

jkien

Leven op aarde is mogelijk ontstaan op de bodem van de oceaan bij vulkanische schoorstenen. Zoals reeds gezegd is daar geen dag/nachtritme voor nodig.

descheleschilder

Goed dan noemen we de beide situaties een evenwicht en een stationaire toestand. Maar in de stationaire toestand waarin een planeet in een 1:1 resonantie zich bevindt, zal aan de lichte kant evenveel energie binnen stromen als er aan de donkere kant uit stroomt. Is de planeet niet in een 1:1 resonantie zal de lichte kant energie ontvangen, overgaan in de donkere kant en energie afgeven. Een helft van de planeet zit dus in een ritme van energie ontvangen en energie afgeven. In de stationaire toestand van een 1:1 resonantie, ook al is die toestand niet in evenwicht omdat er een constante stroom van energie plaatsvindt (hetgeen niet mogelijk zou zijn in een evenwicht situatie), is er buiten die stroom weinig dat verandert (de atmosfeer bijvoorbeeld levert een vrijwel constant uitziend beeld op van druk-, wind-, wolken-, neerslag- en temperatuurverdeling), terwijl in een niet stationaire toestand (geen 1:1 resonantie) veel is dat constant verandert. Denk daarbij aan het weer, de hoeveelheid energie die elk deel van de planeet ontvangt of afgeeft en (de toestanden bij vulkanische schoorstenen even buiten beschouwing gelaten) chemische reacties.

Marko

Allemaal helemaal waar, maar die constante stroom energie door het systeem heen is het enige wat nodig is. Die constante stroom van energie staat het toe dat er entropie-etende processen plaatsvinden.

En voor de goede orde: Die constante stroom energie is ordegroottes groter dan de totale hoeveelheid energie die in "het weer" zit en nog weer vele ordegroottes groter dan de hoeveelheid energie die door de totale biomassa wordt gedissipeerd.

Je hele dag- en nachtritme is op geen enkele manier een voorwaarde.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.

Re: Thermodynamica en de draaing van de Aarde.