Atmosfeer van een planeet: hoe blijft die stabiel?

[Bob Verhoeven]

Sorry voor dat ellendiglange verhaal,maar wat is uw oplossing dan voor de vliegende dinosaurussen.En de libel.
 
Druk word toch gewoon hoger in zee met hogere luchtdruk erboven .
 
Ben gewoon nieuwsgierig en wil niemands ego schaden of opvijzelen.
 
Vond de uitkomst ook wat vreemd van de site.
 
Maar gedachtenvoer.
Groeten bob

[Bob Verhoeven]

Vind het zelf ook wel raar ,kleine beestjes zouden een soort moonwalk doen.
Maar de bloeddruk van een giraf,overstijgt al bijna het biologische limiet.
Nogmaals groeten.

[Michel Uphoff]

Of de bloeddruk van een giraf bijna een limiet overschrijdt lijkt mij sterk, welke limiet bedoel je dan? Ik ga er van uit dat de evolutie een passende oplossing voor een probleem vindt, en niet meer dan die passende oplossing. Zo bezien zitten dan veel oplossingen dicht tegen 'een' limiet aan. De oplossing bij een giraf is een sterk hart, een hoge bloeddruk en sterk gespierde vaten en slagaders met kleppen. Voldoende maar niet overdreven voldoende.

 

Hoe dat in een mastodont werd opgelost weten we niet. Er zijn suggesties van meerdere hulpharten, aders omgeven met sterke spieren die de vaten konden verwijden en vernauwen terwijl de slagaders ook voorzien zijn van kleppen, enorm sterke harten, maar we weten het gewoon niet. 

 

Dat de evolutie een oplossing gevonden heeft voor problemen die ons in eerste instantie onoplosbaar lijken, is niets nieuws. Voor een boom bijvoorbeeld heeft de evolutie ook een oplossing gevonden. Hoe een gevaarte tot 100 meter hoog het voor elkaar krijgt water uit de bodem op te halen voor de hoogste bladeren lijkt in eerste instantie ook onmogelijk. Het vereist echter geen atmosfeer met minimaal 10 bar druk om een waterkolom 100 meter hoog te stuwen.

 

Maar we drijven nu wel heel sterk af van het onderwerp. Ik stel voor dat je als je nog meer vragen over dinosaurussen hebt, ze te stellen in een meer passend forum hier. Bijvoorbeeld biologie of overige praktische wetenschappen.

[WimDJ]

Beste Marko en Michel,
 
Wubbo Ockels vroeg vorig jaar op zijn sterfbed aandacht voor de kwetsbaarheid van de aarde en voor de noodzaak haar te beschermen. Uit het raampje van Spacelab-D1 had hij gezien dat de aarde omringd wordt door maar heel dun laagje damp en verder omgeven wordt door een ijskoud en luchtledig heelal. Door het drukverschil  tussen het aardoppervlak (1 Bar) en het heelal een klein eindje verderop (0 Bar) zal het dunne laagje damp vroeg of laat het heelal in gezogen worden. Volgens de huidige theorie zal dat pas laat zijn (over 3 miljard jaar) en zou er voorlopig  sprake zijn van een stabiele situatie, doordat de zwaartekracht de zware moleculen als CO2, O2 en N2 zou vasthouden en alleen lichte moleculen in het heelal zouden kunnen verdwijnen. Gebaseerd op de natuurwetten (o.a. de Thermodynamica), die vastleggen dat moleculen zich door natuurlijke processen bewegen in de richting van het laagst mogelijke energie niveau en naar de meest waarschijnlijke toestand, heb ik grote twijfels dat het drukverschil tussen onze dampkring en het vacuüm van het ijskoude heelal miljarden jaren kan blijven bestaan.
 
Boven de aarde zit geen dak en daarom staat onze kwetsbare dampkring  in directe open verbinding met het vijandige heelal.  Door het drukverschil van 1 Bar zullen de dampkring moleculen richting heelal bewegen. Hoe hoger de dampkring moleculen komen,  hoe kleiner de concentratie van moleculen wordt. Daardoor zijn er steeds minder botsingen tussen de dampkring moleculen. Maar zolang er een concentratie verschil is ten opzichte van het vacuüm van het heelal (en dat concentratieverschil blijft bestaan) zullen de moleculen zich door onderlinge botsingen richting heelal blijven bewegen, zij het steeds langzamer aangezien de botssnelheid daalt doordat de temperatuur daalt.  Nadat  het aantal botsingen per seconde per m3 sterk is afgenomen evenals de gemiddelde snelheid van de moleculen, kan de zwaartekracht de diffusie in de richting van heelal substantieel gaan tegenwerken; voor zware moleculen is de tegenwerking het sterkst. Maar het blijft mogelijk dat een zwaar molecuul door een reeks toevallige botsingen stap voor stap versneld wordt en tenslotte in het heelal verdwijnt. Zelfs als die kans heel klein is, dan nog zullen gemeten over het raakvlak tussen de dampkring en het heelal, een flink aantal zware moleculen per seconde in de ruimte verdwijnen, en over langere tijd perioden (bijv. 100.000 jaar) zullen er een fors aantal verdwijnen. Daar komt bij dat door de levende natuur voortdurend zware moleculen zoals O2 worden aangemaakt, waardoor vanaf het aardoppervlak continu druk wordt opgebouwd, die ook zware moleculen steeds verder het heelal induwt.
 
De huidige theorie over de dynamica van de open aardatmosfeer houdt geen rekening met het feit dat de aardatmosfeer meedraait met de aarde. Een molecuul dat zich op bijv. 30.000 km hoogte bevindt heeft t.o.v. het aardoppervlak geen snelheid, maar heeft t.o.v. het heelal een grote radiale snelheid. Wanneer de zwaarte kracht minus de diffusiekracht niet meer de benodigde middelpunt zoekende kracht kan leveren om het molecuul in zijn baan te houden, dan vliegt het weg het heelal in. Ook wanneer het molecuul in de richting van het heelal geraakt wordt door een ander dampkringmolecuul, of door een hoogenergetisch deeltje, of door een stroom fotonen afkomstig van de zon, kan het uit zijn baan vliegen en in het heelal verdwijnen. Een klein zetje is voldoende. Dat kleine zetje is slechts een fractie van de energie die nodig is om het molecuul vanaf het aardoppervlak als een knikker, die vervolgens nergens tegenaan botst, het heelal in te schieten. Zelfs als de kans klein is dat een molecuul dat door de zwaartekracht nog net in zijn baan rond de aarde kan worden gehouden, een klein zetje richting heelal krijgt, dan nog zal gemeten over het hele raakvlak tussen de dampkring en het heelal en over een langere tijdsperiode,  een fors aantal zware moleculen in het heelal verdwijnen.
 
Mijn conclusie is dat het model  dat de dynamica van de open aardatmosfeer beschrijft moet worden aangevuld met de bovengenoemde mechanismen.  Voor het schatten van de parameters van deze mechanismen zijn metingen nodig.
 
Vraag: Hebben jullie meetgegevens over de samenstelling van de dampkring  van de aarde op verschillende hoogten, en meetgegevens over het verlies van moleculen uit onze dampkring?

[Michel Uphoff]

Ik raad je aan dit hele topic grondig door te lezen. In diverse berichten staan gegevens over de samenstelling, en metingen / schattingen mbt. het verlies van diverse gassen en de processen die hierbij ter zake doen. Ook in de bijlagen bij de berichten kan je hierover veel informatie vinden. Al met al worden jouw gezichtspunten en conclusies daarin grotendeels weerlegd.
 
Heb je daarna nog detailvragen of een (nieuwe) hypothese, dan horen we dat graag.

[WimDJ]

De conclusie in mijn bijdrage van 31 maart j.l. (tsja, de tijd vliegt) was: "Het model  dat de dynamica van de open aardatmosfeer beschrijft moet worden aangevuld met de bovengenoemde mechanismen.  Voor het schatten van de parameters van deze mechanismen zijn metingen nodig". Inderdaad zijn in voorgaande bijdragen en bijlagen heel wat data aangedragen, waarvoor dank. Maar deze data weerspreken mijn conclusie niet. Mijn indruk is dat een voortzetting van de discussie op dit forum niet leidt tot verdere doordenking van dynamica van de open aard-atmosfeer. Daarom zou ik graag de discussie aanscherpen en onze kennis van het gedrag van de aard-atmosfeer verder brengen door met anderen een paper te schrijven ter aanbieding aan een peer-reviewed tijdschrift. Hieronder de samenvatting van het te schrijven paper. Wie interesse heeft om een rol te spelen als  (a) ondersteuner door het aandragen van materiaal, als (b) adviseur, (c) pre-reviewer van het paper, of (d) als mede-auteur, nodig ik uit dit aan mij te laten weten via: <<modknip>>
 
 
EARTH WITHOUT A ROOF: MODELING THE DYNAMICS OF AN OPEN ATMOSPHERE
 
Summary
 
In current theory it is assumed that the atmosphere of the earth is comparable with the atmosphere of a greenhouse, which is protected against its environment by a roof. This assumption is based on the theory that gravity prevents the earth's atmosphere to diffuse into the almost pressure less universe. This theory does not take into account that the earth's atmosphere follows the rotation of the earth's surface, resulting in the orbiting of both light and heavy molecules  around the earth. We content that due to diffusion, centrifusion, the continuous bombardment of solar photons, and the impact of high energy space particles, not only light weight molecules as hydrogen, but also heavy molecules as oxygen and carbon dioxide, continually drift away into space in considerable quantities. We present a more advanced model of the interaction of the earth's atmosphere with its surrounding. The model combines the  continuous loss of gasses into space and the continuous refill of the earth atmosphere from living nature processes, which stops when the water runs out. From simulations with this model, we estimate the total atmospheric loss over time and asses the presumptions and outcomes of the climate discussion, as well as the vulnerability of the earth's atmosphere in general.

[Benm]

Ik denk dat daar weinig mis mee is, maar het zegt ook niet zoveel. De interessantste vragen zijn bijvoorbeeld:
 
- hoe snel gaat dat? Vervang je in 1 jaar 1 procent van de atmosfeer, 1ppm, 1ppb, 1ppt of nog minder?
 
- gaat aanvullen en verliezen even snel of neemt het netto toe of af? En mocht het constant zijn is daar dan een mechnisme voor, toeval lijkt me niet goed genoeg?

[Marko]

De conclusie in mijn bijdrage van 31 maart j.l. (tsja, de tijd vliegt) was: "Het model  dat de dynamica van de open aardatmosfeer beschrijft moet worden aangevuld met de bovengenoemde mechanismen.  Voor het schatten van de parameters van deze mechanismen zijn metingen nodig". Inderdaad zijn in voorgaande bijdragen en bijlagen heel wat data aangedragen, waarvoor dank. Maar deze data weerspreken mijn conclusie niet. 

 
De modknip had wat mij betreft nog wel wat verder mogen gaan, maar dat terzijde.
 
Je stelling dat de eerdergenoemde data je conclusie niet ontkracht is onjuist. Zo gaf ik in bericht #41 aan dat je je conclusie baseert op gegevens in een tabel maar daarbij abusievelijk uitgaat van een hoogte in kilometers in plaats van meters. Je conclusie is dus gebaseerd op onjuiste feiten, en daarmee per definitie onhoudbaar. In plaats van doodleuk beweren dat de eerdergenoemde data je conclusie niet ontkracht zou je toch op zijn minst de moeite kunnen nemen om inhoudelijk in te gaan op deze (en alle andere) tegenwerpingen. Je spreekt je dank uit, maar je daden zeggen iets anders.
 
Tot nu toe heb je er sowieso bijzonder weinig blijk van gegeven geïnteresseerd te zijn in een inhoudelijk reactie op tegenwerpingen. Als je van plan bent op eenzelfde manier om te gaan met eentuele opmerkingen van reviewers acht ik kans op publicatie, in een serieus wetenschappelijk tijdschrift met deugdelijke peer review althans, nihil.
 
Mocht je op enig moment besluiten de editor van zo'n tijdschrift lastig te gaan vallen, dan mag je mijn naam doorgeven als suggested referee. 

[Gast]

Paar mooie docu's:
 
- Earth: The making of a planet.
- Earth from space.
- Down to the earth's core.
 
Wanneer je die drie gezien hebt denk je vast ... wow, wonderbaarlijk (en hoe is het mogelijk?) !!!
En beantwoorden vele vragen.

[WimDJ]

Benm  schreef op 10 oktober 2016 - 13:19
 

"Ik denk dat daar [ de kwetsbaarheid van de aarde]  weinig mis mee is.."
 

 
Nog even in de herhaling. De aarde is een bol nauwelijks afgekoeld vloeibaar gesteente met aan de buitenkant een dunne korst. Op de korst ligt een dun laagje water, dat (waarschijnlijk) vrijgekomen is bij de afkoeling van het gesteente. Wanneer de aarde wordt voorgesteld door een bol vloeibaar gesteente met een diameter van 1 meter, met daarop een dun korstje,  dan is in verhouding met de aarde het laagje water op de bol ongeveer 0,2 mm dik.  Boven het laagje water bevindt zich een dunne gaslaag. Dit model van de aarde en zijn atmosfeer plaatsen we vanuit een satelliet in de ruimte, waar de druk vrijwel 0 Bar is en de temperatuur dicht bij het absolute nulpunt ligt.  Over de duim geschat zal na 1 jaar verblijf bij het absolute nulpunt de bal vloeibaar gesteente zijn afgekoeld en komt er geen water meer vrij, en zal het dunne laagje water en het dunne laagje gas in het vacuüm van de ruimte zijn verdwenen.  Op basis van dit experiment kunnen we een schatting maken van hoe snel de aarde is afgekoeld en het laagje water en het gaslaagje zal zijn verdwenen. De diameter van de aarde is niet 1 meter, maar pakweg 13 miljoen x zo groot.  Dan is over zo'n 13 miljoen jaar de aarde afgekoeld en is het dunne laagje water  + gas verdwenen.  
 
Wubbo Ockels (zie mijn bijdrage # 49) bekeek de aarde vanuit de ruimte en vond haar kwetsbaar. Bovenstaande calculatie bevestigt dat.  Maar volgens jou is de aarde helemaal niet kwetsbaar. Waarom niet?
Marko schreef op 11 oktober
 

je conclusie baseer je op gegevens in een tabel maar je gaat daarbij abusievelijk uit  van een hoogte in kilometers in plaats van meters.
 

 
Nog even in de herhaling. Wanneer gas in gebied A een hogere concentratie heeft dan in gebied B en er een mogelijkheid is dat gasmoleculen zich kunnen verplaatsen tussen A en B, dan zal door het onderling botsen van de gasmoleculen een gasstroom ontstaan van A naar B, totdat uiteindelijk het concentratieverschil is opgeheven. Dit proces heet diffusie. De diffusiesnelheid is afhankelijk van de grootte van het concentratieverschil en van de temperatuur van het gas. Zolang er nog een concentratieverschil is (dat ook weergegeven kan worden als een drukverschil), zal de diffusiesnelheid niet nul zijn en blijft er een gasstroom van A naar B bestaan.  Tussen het aardoppervlak en de lege ruimte bestaat een drukverschil van 1 Bar, en zolang er een drukverschil bestaat zal er een gasstroom bestaan tussen de aarde en de lege ruimte. Ook al is op grote hoogte, bijvoorbeeld 15.000 km de concentratie van dampkringmoleculen veel kleiner als aan het aardoppervlak en trekt de zwaartekracht ze naar de aarde terug, vroeg of laat zal een gasmolecuul een paar keer zodanig botsen tegen een ander dampkringmolecuul dat het zich verder verwijdert van de aarde, etc. etc. Wanneer op 15.000 km hoogte een denkbeeldige schil rond de aarde wordt aangebracht, dan zal ergens in de schil in een bepaald tijdsinterval een aantal van zulke botsingen plaatsvinden, waardoor de gasstroom richting het vacuüm van het heelal zich voortzet, tot uiteindelijk het drukverschil van 1 Bar tussen aardoppervlak en de ruimte is verdwenen.
 
Wanneer de Space Shuttle terugkeert naar de aarde, dan loopt op pakweg 10.000 km hoogte de temperatuur op het hitte schild hoog op. De concentratie gasmoleculen is op deze hoogte blijkbaar nog steeds aanzienlijk. Vandaar mijn vraag of we meetgegevens hebben over de concentratie van dampkring moleculen op deze hoogten.
 
Onze dampkring draait mee met de aarde, zoals modder meedraait op het wiel van een racefiets. Hoe hoger een molecuul door diffusie opstijgt hoe groter de middelpuntzoekende kracht die nodig is om het in zijn baan te houden. Deze moet door de zwaartekracht geleverd worden, maar die neemt snel af. Boven de 20.000 km hoogte kan een molecuul dat daar ronddraait al door een geringe verstoring ('zonne zeil effect door een stroom fotonen, botsing met een hoog energetisch deeltje, of diffusie) uit zijn baan loskomen en in de ruimte verdwijnen.  Op 10.000 km hoogte zijn er nog genoeg dampkring moleculen om het hitteschild van de Space Shuttle gloeiend te maken, en door diffusie en zonne zeil effecten kunnen ze verder opstijgen tot 20.000 km, waar ze tenslotte makkelijk in de ruimte kunnen verdwijnen. Hoe snel deze verschillende processen verlopen, kan gemodelleerd worden, en vervolgens gesimuleerd. De resultaten daarvan zullen neergelegd worden in het paper zoals geschetst in mijn bijdrage van 10 oktober # 51. Daarin deed ik ook de uitnodiging mee te werken aan het tot stand brengen van het paper.

[Marko]

Nog even in de herhaling.

 

Dan ook nog maar even in de herhaling:

 

Het is overigens onduidelijk hoe je aan 20 hPa komt op "30.000 km hoogte". Wellicht heb je zitten grazen in Tabel 3, maar de hoogtes die daar in de linkerkolom staan, staan gegeven in meters, niet in kilometers. Je had zelf trouwens ook wel kunnen inschatten dat een druk van 20 hPa, 1/50 van de druk op zeeniveau, op deze hoogte (bijna 1/10 van de afstand naar de maan) niet reëel is.

 

Hoe dan ook, als je zo klakkeloos durft te rekenen met getallen die vele ordegroottes afwijken van de correcte waarde, belooft dat natuurlijk weinig goeds voor de rest van het verhaal.

Dat ordegroottes een uitdaging vormen blijkt overigens opnieuw, getuige je uitspraak over een space shuttle op 10.000 km hoogte. Space shuttles kwawen niet hoger dan 300 km; significante opwarming bij terugkeer vond plaats op hoogtes rond 100 km.
 
We hebben reeds eerder beschreven wat het effect is van hoogte op deeltjesdichtheid, we hebben reeds eerder beschreven dat op grotere hoogtes moleculen zich precies zo gedragen als knikkers, en dat de snelheden die de moleculen hebben vele malen kleiner zijn dan de ontsnappingssnelheid, dus erg snel verdwijnen gassen sowieso niet, ook niet door toevallige botsingen met andere moleculen. EN ook niet door botsing met de zonnewind. Sterker nog, we hebben laten zien dat botsingen met de zonnewind netto zouden zorgen voor een langzamere verdwijning van gasmoleculen. We hebben je ook verwezen naar artikelen waarin precies staat voorgerekend hoe snel ze dan wel verdwijnen. Let wel, dat alles zonder de aanname dat er een dak boven de atmosfeer zit, een aanname waarvan jij ten onrechte beweerd dat deze gemaakt wordt.
 
Dit was allemaal al ruim voor 21 maart. Dus ja, de tijd vliegt, maar erg nuttig lijkt die niet besteed.

[Michel Uphoff]

Dan is over zo'n 13 miljoen jaar de aarde afgekoeld en is het dunne laagje water  + gas verdwenen.  

 
En aangezien we nog steeds gloeiend hete lava uit vulkanen zien stromen, kan de Aarde nooit ouder zijn dan pakweg enige tienduizenden jaren. Is dat de richting die je op wil?
 
Zo ja; voor jonge Aarde theorieën, creationisme en dat soort pseudowetenschap ben je hier bij het verkeerde forum.

[jkien]

Tussen het aardoppervlak en de lege ruimte bestaat een drukverschil van 1 Bar, en zolang er een drukverschil bestaat zal er een gasstroom bestaan tussen de aarde en de lege ruimte.

 
Hydrostatische druk in de atmosfeer is geen krachtbron die stroming of diffusie genereert. Vergelijk het met hydrostatische druk in zee. Tussen de bodem van de Marianentrog en het zeeoppervlak bestaat een enorm hydrostatisch drukverschil van 1000 bar. Maar dat genereert geen opwaartse stroom van water.

[WimDJ]

Jkien schreef op 12 oktober om 15:33

Hydrostatische druk in de atmosfeer is geen krachtbron die stroming of diffusie genereert. Vergelijk het met hydrostatische druk in zee. Tussen de bodem van de Marianentrog en het zeeoppervlak bestaat een enorm hydrostatisch drukverschil van 1000 bar. Maar dat genereert geen opwaartse stroom van water.
 

Gassen op 1 lijn stellen met vloeistoffen, lijkt mij niet de juiste wetenschappelijke aanpak. Wanneer in een vliegtuig op 10.000 km hoogte een gat ontstaat, dan diffunderen de gasmoleculen als een gek de lege ruimte in als gevolg van het druk/concentratieverschil. De snelheid van verdwijnen wordt beschreven door de diffusie-wet.                                                                                                                                    
 
 
Marko schreef op 12 oktober om 12:33
 

We hebben reeds eerder beschreven wat het effect is van hoogte op deeltjesdichtheid, we hebben reeds eerder beschreven dat op grotere hoogtes moleculen zich precies zo gedragen als knikkers, en dat de snelheden die de moleculen hebben vele malen kleiner zijn dan de ontsnappingssnelheid, dus erg snel verdwijnen gassen sowieso niet, ook niet door toevallige botsingen met andere moleculen. EN ook niet door botsing met de zonnewind..
 

 
In de huidige theorie over de dynamica van de aardatmosfeer wordt het meebewegen van de aardatmosfeer met het oppervlak van de aarde niet meegenomen. Dat alleen al rechtvaardigt dat de theorie over de dynamica van de aardatmosfeer nauwkeuriger wordt geformuleerd. De moleculen in de atmosfeer bewegen met de aarde mee, en worden in hun baan gehouden door de zwaartekracht. Een relatief kleine verstoring kan ze uit hun baan stoten, zoals modder die loslaat van een fietswiel. Dat kunnen botsingen zijn met andere moleculen, hoog energetische deeltjes, of wanneer de blakerende zonnestralen het molecuul een zetje in de rug geven en ze uit hun baan duwen. De modellering van het gedrag van een dampkring molecuul met behulp van een knikker die eenzaam in de ruimte de ontsnappingssnelheid moet halen, is niet valide.
 
De vraag is inderdaad hoe groot het verlies is aan moleculen die per m3 aardatmosfeer  per seconde uit hun baan rond de aarde worden geduwd.  De verschillende mechanismen kunnen gemodelleerd worden en gesimuleerd. Theorieën nauwkeuriger formuleren en onze wetenschappelijke kennis vooruitbrengen, dat is wat ik nastreef (dit ter geruststelling voor Michel Uphoff).

[Benm]

De modellering van het gedrag van een dampkring molecuul met behulp van een knikker die eenzaam in de ruimte de ontsnappingssnelheid moet halen, is niet valide.

 
Waarom is dat niet valide?
 
Bij zeer lage druk is het wel degelijk zo dat gasmoleculen als losse knikkers rondstuiteren in een vat, daarmee bedoel ik dat ze veel vaker tegen de wanden ketsen dan tegen elkaar. Als je bijvoorbeeld kijkt naar een druk van 0.001 Pascal dan is het gemiddelde vrije pad al in de orde van (tientallen) meters afhankelijk van het element. 
 
Hiervoor moet je het hoog zoeken, zo'n beetje in de buurt van het ISS. Maar een stikstofmolecuul dat langs het ISS zoeft is nog lang niet van de aarde vertrokken, en maakt m.i. meer kans om ooit weer op de grond te komen dan in de vrije ruimte te onsnappen. Dat geldt evengoed voor grotere knikkers zoals het ISS zelf, dat spontaan echt nergens heen gaat behalve naar beneden door wrijving met die moleculen.