蒸汽

表面反照率(火星一样的反照率)为每个原始类地行星,每个星球的初始等效黑体温度决定很容易从(12.1)。假设火山目前可以排除的成分是一样的地球(3 58%,24%二氧化碳、12%硫酸气体,加上微量气体),水蒸气和二氧化碳是主要成分引入每个行星的大气层。继续出气,光学深度逐渐增加,表面温度会超过地球的等效黑体温度。

假设相同的脱气的行星,行星大气层的轨迹如图14.10所示拦截水阶段曲线在不同的位置。火星迅速遇到vapor-ice相变,所以所有后续出气的冰和水蒸气迅速变化温室效应是弱智。地球轨道拦截水阶段曲线附近的水的三相点,允许复杂的水文循环的形成。金星,另一方面,开始与一个比原始表面温度变暖,不拦截任何水的相变。在下面,在这些行星大气水的进化详细检查。

14.4.1火星

火星的简单水理论进化火星状态(图14.10)地方用水仍然锁在一个永久冰阶段。因此H是抑制从到达外逸层和逃离地球。这张照片是与液态水的地质证据在火星表面上一些时间在地球的历史上,这意味着在某个时间点上表面火星上的温度必须超过水的冰点和足够高的大气蒸汽压,确保液相。火星在某个阶段,似乎有一个比目前更大规模的大气和包括温室气体(如二氧化碳和水)。大量的co2和h2o据信被纳入极地冰盖在行星地壳存在作为冻土或碳酸盐。碳酸盐的存在暗示早期火星上和湿润时期,由于carbonate-forming反应需要液态水的存在。此外,随着水降温,增加了大量的二氧化碳气体溶解在液体中,促进碳酸盐的形成。当水结冰,碳酸盐岩地层停止。奇怪的是,饱和蒸汽压对冰约等于目前观察到的二氧化碳分压。这是一个巧合的价值二氧化碳的分压或它表明先前更大规模的气氛已经崩溃,被in-gassed成液态的水最终冻结了大气的温室减少。

为什么有温暖有火星时代?考虑下面的假设,这与水的理论是一致的大气演化。从图14.10很明显,原始的和早期温度范围大气中火星上,有限公司,质量将继续增加由于火山气体释放,即使可以排除水会很快成为固体。表面温度低于冰点会杜绝水槽的二氧化碳通过碳酸盐的形成。随着大气的二氧化碳质量增加,如果二氧化碳增长轨迹能够避免二氧化碳气固相线(图14.9),然后足够的光学深度的氛围来提高表面温度高于水的冰点可能发达。

14.4.2地球

地球不同于其他类地行星,因为它包含所有三个阶段的水数量丰富,地球上的表现已经在先前的章节描述的文本。简单的水理论地球大气的进化轨迹到达水的三相点,那里的辐射和水文反馈让的raybet雷竞技最新地球的气候很好的约束(图14.10)。

温度在地球的外层部分的外逸层超过400 K。鉴于最可能的速度H(表14.3)和地球的逃逸速度(表14.2),我们到达b = 4的值(14.5),这表明H应该是一个短暂的物种在地球的大气层。然而,地球上极其大量的H仍以水的形式。因此,要么在高层大气中光离解率不够大或有流程或大地特有现象,限制水的垂直扩散氢(因此)上大气的水平。

从温暖的热带海洋蒸发提供了向大气中水汽的主要来源。向大气中水蒸气向上运输通过对流与大量凝结发生在热带对流层和平流层,在全球范围内发行量运输高纬度地区的水汽。热带地区是地球上唯一的地区,水蒸气通过对流可以到达平流层。额外的同温层水产生的来源甲烷氧化。热带的温度tropo-pause是地球上最冷的地方,特别是在热带海洋暖池,由于绝热冷却与深对流有关。考虑一个包裹空气上升穿过寒冷的热带对流层顶,称为冷阱。如果上升的蒸汽压包裹超过的饱和蒸汽压对流层顶温度,那么多余的水蒸气会凝结或存款到云粒子到对流层上层定居。以这种方式冷阱限制水的向上的通量。测量表明,水蒸气的压力低平流层是相同的饱和蒸汽压对冰在温度的热带对流层顶。在中间和平流层,观察表明,水蒸气的浓度增加。这一增长是由于甲烷的氧化,在远离相变在地球环境中,通过冷阱和进入平流层畅通。

冷阱的高度成正比的海洋表面温度,因为浮力的影响。温暖的海洋表面温度、对流和深度越大越大绝热冷却的包裹。由于绝热冷却,冷阱温度成反比的海面温度(图14.11)。推而广之,温暖的海洋表面温度意味着较低的垂直通量的水蒸气到平流层,更少的水可用于分离,从而减少氢的损失从地球,让地球保持其水。

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30温度(C)

图14.11海洋表面温度的影响在平流层的含水率。海洋表面温度的垂直剖面显示30°C(粗体),25°C(固体)和20°C(虚线))温度和b)水蒸气的压力。海洋表面温度降低,对流渗透率降低和热带对流层较低和温暖。假设所有水蒸气在平流层必须运输通过热带对流层顶,对流层顶作为冷阱和决定了平流层的含水率。平流层的氧化甲烷作为进一步的水汽来源,但海洋表面温度无关。(从韦伯斯特,1994)。

10“2”水蒸气压力(mb)

图14.11海洋表面温度的影响在平流层的含水率。海洋表面温度的垂直剖面显示30°C(粗体),25°C(固体)和20°C(虚线))温度和b)水蒸气的压力。海洋表面温度降低,对流渗透率降低和热带对流层较低和温暖。假设所有水蒸气在平流层必须运输通过热带对流层顶,对流层顶作为冷阱和决定了平流层的含水率。平流层的氧化甲烷作为进一步的水汽来源,但海洋表面温度无关。(从韦伯斯特,1994)。

14.4.3金星

如图14.10所示,水在金星的大气中最有可能仅存在于气相在其进化。最初的时期后的脱气原始气氛一扫而空,水蒸气和二氧化碳继续增加金星的大气层。这增加了地球的温室效应,因此行星的温度。随着大气温度的增加,越来越需要更大的水蒸气压力为了引起冷凝。然而,温室效应引起的水蒸气的量太大,增加冷凝显然从未发生。一旦表面温度变得足够热岩石圈的二氧化碳来源成为重要,温度增加更快,进一步阻碍水蒸气凝结。

两个进程可能导致了氢和丧失,最终的损失的水地球上:热逸和太阳能风力清扫。在没有水的凝结,冷阱是不可能的。因此,在金星上,似乎没有一种内在的限制水汽的垂直通量。金星的外层大气的温度只有200 - 300 K,所以b(14.5)将5至10为氢。假设早期外逸层温度接近当前值,热逸氢在金星上的边际水槽。然而,我们注意到,金星缺乏一个磁场。因此,太阳风彻底是一个可行的候选人氢金星上的损失。

14.5云物理的类地行星

有一个伟大的多样性云的形式在四个类地行星。讨论了地球的云在章节5和8。我们比较云的类型上观测到的另一个内行星与地球上观察到的也比较负责其形成的物理过程。

而大气的汞是模糊的,是观察到的光似乎存在一个阴霾,白色的云。这些是不同的云在某种意义上,他们不是地球上观察到的相关阶段大气成分的变化。更有可能的是,他们是残留的灰尘从地球表面或周期性出气地球上可能发生的。

金星的云层覆盖整个地球,虽然大规模形态云相关的大规模的大气动力学特性。金星上的云结构相当复杂,有三个专业层云确定在45 - 70公里高度范围。也似乎是降低烟雾区域,霾层70公里以上。三种类型的云粒子已确定。小无处不在的气溶胶延长主云层以下,在高度范围内31-48公里,与r ~ 0.1¡mi。在每个主要的三层云粒子直径大约1 - 2鱼翅,这是由硫酸(H2S04)。生产的云滴的光化学氧化S02 H2S04云顶和凝结的云基地附近似乎是可信的。在中低云层,大型固体晶体(r > 30 / im)也在场,显然组成的金属氯化物和单质硫。有人建议,金星的云层是沉淀。然而,随着沉淀低于云端,通过大气越来越热,蒸发迅速发生。观察闪电放电在金星上似乎并不表明云层的存在与深度有关,剧烈的对流,而是化学过程负责电荷的积聚。

今天的火星大气中云层相当简单。二氧化碳和水冷凝物都是明显的霜冻,雾和云。Surface-mixing雾发展日出后不久在山谷的陨石坑底部和地板,变暖的阳光蒸发的水从土壤和寒冷的空气混合。两种类型的霜一直在观察火星:水冰霜霜和二氧化碳。二氧化碳霜不常见,因为温度必须降至148 K。任何二氧化碳霜在日出后不久就消失了。二氧化碳霜是观察到的地板上陨石坑不到4公里海拔赤道附近。唯一可能的解释如此低的温度赤道地区与低热惰性的材料出现在陨石坑的底部,允许快速换能器辐射冷却的火山口。水结霜191年和196年之间发生在温度K。霜冻包合物组成的水(水,二氧化碳)也被观察到。波云的形成李的地形特征。高空云层经常在晚上形式在冬季半球中纬度地区的温度120 K,但是日出后一小时内消失。火星上最重要和持久的云是极地云罩,由冰晶组成的。极地罩是一种凝结现象发生在波兰人在冬季。在早春的迅速罩消失。沙尘暴出现扰乱罩云,偶尔会导致其暂时消失。人们认为这些时候尘埃粒子作为凝结核导致二氧化碳沉淀到极地冰帽。

14.6云物理类木行星

云层形成的类木行星由于上升运动,和发生在不同的乐队,腰带,大红斑(和其他相关椭圆形)。云地区的全球分销和命名法如图14.12所示。轻松的是赤道区在内布拉斯加州和SEB分别是北部和南赤道带,NTrZ和STrZ分别南北热带地区,NTeZ STeZ南北温带地区。向极约50°,带状模式取而代之的是一个高度多样化的结构。云带名字的

关键是带我1区

关键是带我1区

图14.12木星的腰带和区域。这些特性不延伸到中纬度极地地区的不安。箭头表示高速风位于区/带边界。(AfterBarbatoand艾耶尔,1981)。

“区”一词似乎地区持续向上的运动,以明亮的白云。相比之下,云乐队的名字结尾“带”这个词通常是黑暗和布朗和被认为是地方上云是由于沉降缺席。大红斑位于23°S,这是逆时针旋转,展品冷云顶温度指示性的高云。

威风凛凛的云的垂直结构是相当复杂的。尽管很难描述大气在这个星球上,压力在3000 K水平如此之高(50千巴),可能没有凝聚阶段可能是礼物。考虑一个包裹的气体上升,冷却绝热地从3000 K的初始温度和压力50千巴(图14.13)。在温度为2700 K,铁(Fe)开始凝结。分别在序列,Mg2Si04 MgSi03,系数压缩,让每个凝析油作为一种独特的云层。金属云粒子与气体上升不沿着因为他们太大;如果他们低于云基地,蒸发,蒸汽向上向后掠的再浓缩。因此离散云层维护。

冷凝后的硅胶(系数),然后氧化钠硫化物的钾、铷、铯凝结。在温度400 K附近ha-lides铵,尤其是NH4C1,开始凝结。剩下的唯一物种气体在300 K级H2,稀有气体,CH4, NH3的水和硫化氢。固化物的顺序是h2o, NH4SH HN3;CH4冷凝所需的温度太低达到木星上(图14.14)。

图14.13云结构在木星大气层深处。的近似凝结位置的物种数量在solar-composition木星的对流层上层低于模型水的云。intercloud地区大气并不透明,因为不透明了瑞利散射和collision-induced吸收。(从刘易斯,1995)。

图14.13云结构在木星大气层深处。近似凝结位置solar-composition模型的物种数量的木星的对流层上层的云。intercloud地区大气并不透明,因为透明度由瑞利散射和collision-induced吸收。(从刘易斯,1995)。

凝结形成的水、氨和硫化氢的解决方案是相当复杂的。首先考虑双组分NH3-H20系统,形成一个解决方案。从(4.2),我们有/ = 4 - 0。已知的冷凝物可能在这个系统平衡压力低于1千巴包括一个水氨解,固体水冰,固体NH3冰,固体水合物NH3•3和2 NH3•水。相图的压力(/ = 3 - 0)指定NH3-H20系统如图14.15所示。图14.15的解释是有用的参考图4.8。贝壳形线在图14.15的冻结曲线冷却开始结晶。大量的共晶点从冻结线的最小值。每个地区

图14.14云在木星的对流层上层结构。的饱和水平氨、氢硫化物铵、氨水溶液和水冰,氯化铵作为太阳能组合计算气体所示。(从刘易斯,1995)。

在图14.15标记B, C, E, F, H,或者我是一个包含一个固体冰阶段和液体两相区域。

NH3-H20-H2S系统中云的垂直结构已经被假设计算木星的大气层的成分是一样的太阳(例如刘易斯,1995)。水平以下的H20饱和,氨的浓度和水是常数。溶液中氨浓度小,小于X (NH3) = 0.2,第一个冷凝是稀水NH3的解决方案。云基地,只有几公里以上的温度足够低冻结了净水的冰。

进一步复杂性出现当我们允许凝结的硫化氢(H2S)。硫化氢和氨反应容易形成盐NH4SH(氢硫化物铵)和(NH4) 2 s(硫化铵)。冷凝氨氢硫化物发生在温度为215 K。在这个温度下,水蒸气已经耗尽了凝结的300倍。NH4SH冷凝以上,硫化氢和水分压下降如此之快,云的质量可以忽略不计的饱和的氨气,低于160 K。在这一点上,第三个浓密的云层凝聚,是由晶体固体氨。

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