Warum ist das Erdklima so stabil?

Das Klima der Erde ist nicht ganz so stabil, wie Sie denken. Das Klima der Erde hat sich in den letzten 600 Millionen Jahren zwischen einer Treibhauserde und einer Eishauserde hin und her bewegt. Während der Eishaus-Erdphasen kann das Klima in eine Eiszeit eintreten, einen längeren Zeitraum, in dem das Klima zwischen Vereisungen und Zwischeneiszeiten schwankt. Wir befinden uns derzeit mitten in einer Zwischeneiszeit einer Eiszeit. Auf der anderen Seite des Eishaus-Erdklimas lebten Dinosaurier und tropische Pflanzen in der Nähe der Pole, als sich die Erde in einer Treibhausphase befand.

In der Vergangenheit gab es eine dritte Klimaphase, die Schneeball-Erde, die die Eishaus-Erde vergleichsweise mild erscheinen ließ. Selbst während der schlimmsten Vergletscherung erreichte das Eis selten näher als 40 Grad Breite des Äquators. Während der Schneeball-Erdphasen (die letzte endete vor über 600 Millionen Jahren) reichte Eis weit in die Tropen und möglicherweise bis zum Äquator.

Eines der offenen Probleme in der Paläoklimatologie ist die Erklärung, warum die frühe junge Erde nicht ständig in der Schneeball-Erde-Phase steckte. Die Leuchtkraft der Sonne hat seit ihrer Entstehung an Intensität zugenommen. Als die Erde jung war, war das Sonnenlicht nur 75 % bis 85 % so intensiv wie heute. Warum also war die Erde nicht vor langer, langer Zeit dauerhaft gefroren? Die Erklärung, warum dies nicht der Fall war (und geologische Beweise besagen, dass dies nicht der Fall war), ist das Problem der schwachen jungen Sonne.

In Bezug auf den Mars ist das ziemlich einfach. Der Mars ist zu klein. Der Kern des Mars ist vor langer Zeit eingefroren Der magnetische Dynamo des Mars hat schon vor langer Zeit aufgehört zu arbeiten, und wenn der Mars jemals eine Plattentektonik hatte, dann hat dieser Prozess schon vor langer Zeit aufgehört. Das Ende der Plattentektonik stoppt jegliches Ausgasen, das sonst die Atmosphäre wieder aufgefüllt hätte. Dass der Mars klein ist, bedeutet, dass er einen schwachen Einfluss auf seine Atmosphäre hat. Der Verlust eines Magnetfelds (falls es jemals eines gegeben hat) hätte höchstwahrscheinlich den atmosphärischen Verlust übertrieben, insbesondere wenn dies geschah, als die Sonne jung war und einen viel stärkeren Sonnenwind hatte als jetzt. Die Kombination des Obigen bedeutet, dass selbst wenn der Mars vor langer, langer Zeit bewohnbar war, diese Bewohnbarkeit eher sehr kurzlebig war.

In Bezug auf die Rieseneinschlagshypothese haben Sie es genau umgekehrt. Schauen Sie auf unseren Schwesterplaneten. Die Venus hat eine sehr dichte Atmosphäre und daher höhere Oberflächentemperaturen als auf Merkur. Die Rieseneinschlagshypothese bietet eine Erklärung dafür, warum die Erde nicht wie die Venus ist. Ohne diesen Einschlag hätte die Erde immer noch eine dichte Uratmosphäre und wir wären nicht hier. Unser Planet wäre unbewohnbar. Der Mars wäre bewohnbar, wenn er die gleiche Größe wie die Erde oder die Venus hätte und eine venusähnliche Atmosphäre hätte.

Update: In Bezug auf die anthropogene globale Erwärmung

Eine Reihe von Kommentaren hat diese Antwort als Beweis dafür gewertet, dass es keine anthropogene globale Erwärmung gibt. Im Gegenteil, es passiert ganz sicher.

Stellen Sie sich als Analogie einen Farmer vor, der einen Ausflug zum Grand Canyon, dann zum Badlands National Park und dann zu den Channeled Scablands im Osten des Bundesstaates Washington unternimmt. Der Landwirt kann zu Recht zu dem Schluss kommen, dass die Natur über zerstörerische Fähigkeiten verfügt, die selbst die schlechtesten landwirtschaftlichen Praktiken bei weitem übertreffen können. Er kann jedoch nicht schlussfolgern, dass schlechte landwirtschaftliche Praktiken keine Erosion verursachen, basierend auf der Existenz dieser bemerkenswerten Aufzeichnungen natürlicher Erosion.

Das Ausmaß der anthropogenen globalen Erwärmung und was das für die Menschheit bedeutet – das ist eine andere Frage und sollte als solche gestellt werden. Was die in dieser Antwort beschriebenen langfristigen Schwankungen des Erdklimas für die Menschheit bedeuten, auch das ist eine andere Frage.

Eine etwas einfachere Version von David Hammens (wie immer ausgezeichneter) Antwort:

• Die Erde ist "groß genug", um eine ausreichende Anziehungskraft auf die Atmosphäre auszuüben: Die Schwerkraft verhindert, dass sie entweicht
• Die Erde ist "nah genug" an der Sonne, um flüssiges Wasser (und flüssigen Kern) zu halten
• Der Kern ist ausreichend magnetisch, um vor Sonnenwind zu schützen (der sonst die Atmosphäre im Laufe der Zeit abstreifen würde)
• Die Erde ist "weit genug" von der Sonne entfernt, um flüssiges Wasser zu halten
• Die Erdatmosphäre ist "dünn genug" (nach dem Rieseneinschlag hat sie etwas Atmosphäre verloren), dass die Atmosphäre nicht als erstickende Decke wirkt (im Gegensatz zur Venus)

All dies hat Bedingungen dafür geschaffen, dass sich das Leben "genau richtig" entwickelt - wir leben auf einer Goldilocks-Welt*. Deshalb sind wir Menschen (noch) hier und fragen uns, warum es unserem Planeten so gut geht. Es ist nicht so, dass wir Glück hatten, dass wir uns auf dem dritten Felsen von der Sonne entwickelt haben – es ist so, dass nur der dritte Felsen von der Sonne die richtige Mischung von Bedingungen für unsere Entwicklung hatte.

* Für diejenigen, die keinen englischsprachigen Hintergrund / keine englischsprachige Erziehung haben, ist Goldilocks das Mädchen aus der Geschichte, das zum Haus der drei Bären ging und ihr Essen, ihre Stühle, ihr Bett probierte ... das erste zu heiß fand / hart etc, das zweite zu kalt / weich etc, und das dritte "genau richtig". Dies hat dazu geführt, dass „Goldilocks“ als Metapher für „den richtigen Wert zwischen inakzeptablen Extremen“ verwendet wird.

Der Hauptgrund, warum die Erde immer noch Wasser hat und der Mars nicht, ist die Schwerkraft. Die Erde ist groß genug, damit die typischen thermischen Geschwindigkeiten von Wasserstoff in der oberen Atmosphäre nicht der Geschwindigkeit entkommen. Auf dem Mars ist dies nicht der Fall, da der Mars deutlich weniger Masse und damit eine geringere Fluchtgeschwindigkeit hat. Dadurch ist über lange Zeit ein Großteil des ursprünglich auf dem Mars befindlichen Wasserstoffs ins All verdunstet.

Da Eis nicht viel in die Atmosphäre verdunstet, gehen wir davon aus, dass es immer noch erhebliche Eisablagerungen auf dem Mars geben könnte.

Abgesehen davon, dass der Mars ein schwächeres Gravitationsfeld als die Erde hat, hat er auch ein viel schwächeres Magnetfeld. Daher war die Marsatmosphäre nicht vor dem Sonnenwind geschützt. NASA-Wissenschaftler stellten die Theorie auf, dass das kleine schwache Magnetfeld des Mars tatsächlich dazu beigetragen hat, dass der Sonnenwind die Atmosphäre vertreibt.

http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2008/21nov_plasmoids/

Das NASA-Raumschiff Maven und das indische MOM-Raumschiff sind kürzlich auf dem Mars angekommen, um mehr über die Marsatmosphäre zu erfahren und warum sie so dünn ist: http://www.latimes.com/science/sciencenow/la-sci-sn-mars-maven- mom-images-atmosphere-spacecraft-20140925-story.html .

Diese Frage ist also sehr aktuell.