هروب الغلاف الجوي وتطوره
كيف تتكون الأغلفة الجوية الكوكبية، وتفقد في الفضاء، وتتحول على مدى مليارات السنين، مما يشكل المناخ وصلاحية السكن.
Definition
هروب الغلاف الجوي وتطوره هو دراسة كيفية نشأة الأغلفة الجوية الكوكبية، وتغير تركيبها، وفقدان الغاز في الفضاء على مدى الزمن الجيولوجي.
Scope
يغطي هذا الموضوع أصل وتطور الأغلفة الجوية الكوكبية على المدى الطويل والعمليات التي تتسرب بها إلى الفضاء. ويتناول مصادر مثل إطلاق الغازات البركانية والتوصيل بالاصطدام، والمصارف مثل الهروب الحراري، والهروب الهيدروديناميكي، والهروب الكيميائي الضوئي والأيوني، وتآكل الاصطدام، والدور التشخيصي للتجزئة النظيرية التي يتركها الهروب. وتشمل دراسات الحالة فقدان الغلاف الجوي المبكر للمريخ، وفقدان الماء الجامح على الزهرة، وهروب الغلاف الجوي من الكواكب الخارجية القريبة.
Core questions
- ما هي العمليات التي تسمح لغازات الغلاف الجوي بالهروب من جاذبية الكوكب؟
- كيف تضافرت عمليات إطلاق الغازات والتوصيل والهروب لبناء واستنفاد الأغلفة الجوية؟
- ماذا تسجل التجزئة النظيرية حول فقدان الغلاف الجوي السابق؟
- كيف يتحكم الهروب في المناخ طويل الأمد وصلاحية الكوكب للسكن؟
Key theories
- الهروب الحراري والهيدروديناميكي
- يمكن للغاز أن يهرب عندما تصل الذرات في الغلاف الجوي العلوي إلى سرعة الهروب بشكل فردي (هروب جينز) أو عندما يؤدي التسخين الشديد إلى تدفق هيدروديناميكي جماعي يسحب حتى الأنواع الثقيلة.
- الهروب غير الحراري والأيوني
- على الكواكب غير الممغنطة، تجرد الرياح الشمسية الأيونات من الغلاف الجوي العلوي، وهي عملية تم قياسها على المريخ وتساعد في تفسير فقدان غلافه الجوي المبكر.
- التجزئة النظيرية كسجل للفقدان
- نظرًا لأن النظائر الأخف تهرب بشكل تفضيلي، فإن إثراء النظائر الثقيلة في الغلاف الجوي يسجل الكمية التراكمية للغاز المفقود على مدار تاريخ الكوكب.
Mechanisms
تكتسب الأغلفة الجوية الغاز من إطلاق الغازات البركانية والتوصيل بالاصطدام وتفقده من خلال عدة قنوات هروب: الهروب الحراري للذرات الخفيفة، والاندفاع الهيدروديناميكي تحت التسخين القوي، والتفاعلات الكيميائية الضوئية التي تنشط الذرات، وتجريد الأيونات بواسطة الرياح الشمسية حيث لا يحمي المجال المغناطيسي الكوكب. ويترك الفقدان التفضيلي للنظائر الخفيفة بصمة قابلة للقياس للهروب السابق.
Clinical relevance
يتحكم هروب الغلاف الجوي فيما إذا كان الكوكب يحتفظ بالهواء والماء اللازمين للسكن، ويفسر المصائر المتباينة للزهرة والأرض والمريخ بالإضافة إلى تطور الكواكب الخارجية القريبة.
History
تطورت فيزياء هروب الغلاف الجوي خلال القرن العشرين من نظرية الهروب الحراري لجينز إلى نماذج الفقدان الهيدروديناميكي وغير الحراري. وقد قامت قياسات مهمة MAVEN في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين بتحديد هروب الأيونات المستمر من المريخ واستخدمت النظائر لتقدير إجمالي فقدان الغلاف الجوي، بينما وسعت ملاحظات الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية الساخنة المتبخرة المجال إلى ما وراء النظام الشمسي.
Debates
- كيف فقد المريخ غلافه الجوي المبكر
- لا تزال المساهمات النسبية للهروب إلى الفضاء مقابل العزل في القشرة في إزالة الغلاف الجوي للمريخ الذي كان أكثر سمكًا في السابق قيد التحديد الكمي.
Key figures
- David Catling
- James Kasting
- Bruce Jakosky
- Donald Hunten
Related topics
Seminal works
- catlingkasting2017
- jakosky2017
Frequently asked questions
- كيف تفقد الكواكب أغلفةها الجوية؟
- يمكن للغاز أن يتبخر عندما يكون الغلاف الجوي العلوي ساخنًا، أو يندفع بفعل الإشعاع الشديد، أو يجرده الرياح الشمسية، خاصة على الكواكب الصغيرة أو غير الممغنطة.
- لماذا يهم هروب الغلاف الجوي للحياة؟
- فقدان الكثير من الغلاف الجوي يمكن أن يجفف الكوكب ويبرده، ويزيل الهواء والماء السائل الذي تحتاجه الحياة، كما يبدو أنه حدث للمريخ.