Wie schnell verfestigt sich die Erdoberfläche wieder, nachdem die rote Riesensonne durch einen anderen Stern ersetzt wurde?

Okay ... es ist keine genaue Antwort, aber hier geht's. Ich beginne mit der Erörterung meiner Forschung zur Mondverfestigung, da sie relevant ist, insbesondere da der Mond länger brauchte, um sich zu verfestigen, als die Erde ursprünglich. (Ich habe dies alles als unterstützende Informationen in die Frage eingefügt.) Dann gehe ich von dort aus zum Fall der Erde.

Laut einer Studie aus dem Jahr 2011 verfestigten sich 80 % des Magmaozeans des Mondes in etwa 1000 Jahren. Nach diesem Zeitpunkt fungierte die Plagioklas-Kruste, die sich darauf gebildet hatte, jedoch als "leitender Deckel". Unerwarteterweise verlangsamte dies den Rest des Kühlprozesses erheblich. Gezeitenerwärmung von der Erde verlangsamte auch den Rest des Prozesses erheblich, schmolz Teile der Kruste und verursachte neue Eruptionen.

Die Gesamtzeit lag ungefähr im Zeitbereich von 220 Millionen Jahren bis 300 Millionen Jahren . Wenn die Gezeiteneffekte nicht vorhanden wären, aber der leitfähige Deckel, wären es nur etwa 10 Millionen Jahre gewesen . Ich habe keine Zahlen für eine Situation, in der die Gezeiteneffekte vorhanden sind, aber nicht der leitfähige Deckel.

In einer anderen Frage auf dieser Seite diskutiere ich die Geologie der freigelegten Schicht des kleineren Mondes. Sie können es unter diesem Link sehen:

Die Erde und der Mond verfestigen sich unter einem blaueren Stern, ihre äußeren Schichten verdampfen und brennen weg. Wie sehen sie jetzt aus?

Kurz gesagt, der Plagioklas ist jetzt weggebrannt, und in den eisenreichen Überresten des Mondes ist nicht mehr genug Aluminium übrig, um eine weitere Plagioklas-Kruste zu bilden. Aus dem Papier von 2011 entdecken wir, dass es keine andere Möglichkeit für den Mond gibt, einen leitfähigen Deckel zu bilden, daher sollte der Erstarrungsprozess jetzt schneller sein als zuvor. Wie viel schneller ist nicht klar, aber die vorgenannten Veröffentlichungen plus eine Veröffentlichung aus dem Jahr 2010 und eine Veröffentlichung mit Paywall aus dem Jahr 2008 („Verknüpfte Magma-Ozeanverfestigung und atmosphärisches Wachstum für Erde und Mars.“) deuten darauf hin, dass es selbst mit den Gezeiteneffekten ein paar Zehner sein sollten von höchstens Millionen von Jahren .

Ich fühle mich jedoch nicht in der Lage, ein stärkeres Wort als "vorschlagen" zu verwenden.

Laut einer Veröffentlichung aus dem Jahr 2012 wird nicht erwartet, dass sich diese leitfähigen Deckel auf den meisten Planeten bilden. Darüber hinaus zeigt eine Veröffentlichung aus dem Jahr 2005 in Tabelle 3, dass der Erdmantel sowieso nicht viel Aluminium enthält, um einen Plagioklasdeckel zu bilden.

(Ich sollte Sie warnen, Tabelle 3 dieses Papiers kann etwas schwer zu verstehen sein – ich habe auf einer Wikipedia-Diskussionsseite gepostet, weil ich dachte, dass es etwas in diesem Artikel widerspricht, obwohl es das nicht war.)

Vom Mond zur Erde kommen wir nun zurück zu unserer Veröffentlichung von 2008, „Verbundene Magma-Ozeanverfestigung und atmosphärisches Wachstum für Erde und Mars“. Dieser befindet sich hinter einer Paywall, und wenn jemand einen nicht bezahlten Link dazu hat, bearbeiten Sie ihn bitte in dieser Antwort! Es ist ein sehr häufig zitiertes und interessantes Papier, von dem ich denke, dass es für mehrere Weltenbauer von Interesse sein wird.

Tabelle 3 dieses Papiers (Ooh, wir haben hier viele Tabellen 3!), in einem Fall, in dem es keine Initialen gibt$H_{2}O$, gibt verschiedene Szenarien in Bezug auf die Tiefe des Magmaozeans und die Menge an$CO_2$in der Atmosphäre. Wichtig ist, dass einige dieser Fälle Fälle abdecken, in denen es keinen Wasserdampf in der Atmosphäre oder im Magma-Ozean gibt. Die Erde braucht in diesen Fällen länger, um sich zu verfestigen, da Kohlendioxid ein stärkeres Treibhausgas ist als Wasserdampf. Aber wie auch immer, die längste Zeit, die die Erde braucht, um eine Verfestigung von 98% in diesen zu erreichen, beträgt 5,3 Myr. (Mars braucht unter ähnlichen Bedingungen 2,8 Myr.)

Es wird gesagt, dass es mindestens fünf Millionen und höchstens ein Wert in der Größenordnung von mehreren zehn Millionen Jahren sein sollte, um „milde“ Bedingungen zu erreichen, nachdem dies geschehen ist. Der Fall ohne Wasserdampf war keiner der wenigen Fälle, die ausführlicher modelliert wurden als die anderen, aber das Papier scheint sich auf alle möglichen Fälle zu beziehen, wenn es dies behauptet, insbesondere in der Zusammenfassung am Anfang.

Mit dem Deckel stellt das Papier von Elkins-Tanton et al. aus dem Jahr 2010 ausdrücklich fest, dass der Mond länger brauchte als die Erde, um sich wieder zu verfestigen, und dass der Deckel der Grund war. Diese Sprache deutet darauf hin, dass die Gezeiteneffekte ohne den Deckel die Abkühlung des Mondes nicht genug verlangsamt hätten, um ihn viel länger geschmolzen zu halten als die Erde.

Wie aus meinen Kommentaren zur Antwort von Zeiss Ikon hervorgeht, liefert die kleinere blaue Sonne wahrscheinlich weniger als ein Drittel so viel Wärme an Erde und Mond wie zuvor. Ein typischer B-Unterzwerg mit 1/5 des Sonnenradius hat 1/25 der Oberfläche. Sie sind heißer - die Sonne hat$5772K$Oberflächentemperatur, die der heißeste sdB-Stern hat, den ich kenne$\leq 36,000K$, und das ist ein 6,237-facher Temperaturunterschied, aber wenn Sie das durch 25 teilen, erhalten Sie ungefähr 0,25. Jetzt habe ich eine nicht unterstützte Behauptung gesehen, dass Subdwafs vom O-Typ bis zu 100.000 K erreichen können, aber selbst dann bedeutet die reduzierte Oberfläche, dass sie immer noch weniger Wärme an die Erde liefern als die ursprüngliche Sonne. (Nur etwa 0,693-mal so viel wie zuvor). Das sollte auch dazu beitragen, dass die Erde schneller abkühlt und sich verfestigt als beim ersten Mal.

Genauso wie die Tatsache, dass es dieses Mal keinen Theia-Einschlag oder spätes schweres Bombardement gibt.

Abschließend werfen wir einen weiteren Blick auf das bereits erwähnte Papier von 2012 . In Abschnitt 5 geht der Autor davon aus, dass die Erde etwa 50 Millionen Jahre brauchte, um nach dem Theia-Einschlag auf "milde" (einschließlich feste) Bedingungen abzukühlen. Ich weiß jedoch nicht, ob es einen wissenschaftlichen Konsens darüber gibt, ob die Erde tatsächlich erstarrt war, bevor die Energie des Theia-Einschlags die Kruste wieder schmolz. Abbildung 7 gibt eine Gesamtabkühlungszeit von 55 Millionen Jahren an, basierend auf einem sehr steilen Temperaturabfall in den letzten 5 Millionen. Ich denke, ich muss dies jedoch möglicherweise für die Atmosphäre ohne Wasserdampf erhöhen, insbesondere wenn eine Kohlendioxidatmosphäre nicht konvektiv genug ist.

Wie auch immer ... an diesem Punkt gibt es viele Beweise dafür, dass "in der Größenordnung von zig Millionen Jahren" die Antwort auf eine vollständige Verfestigung ist, obwohl ich nicht glaube, dass dies für dieses spezielle Szenario schlüssig bewiesen ist. Und für große Mengen teilweiser Erstarrung, aber eine Welt, die zu heiß ist, als dass Menschen sie ungeschützt bewohnen könnten, sind es sogar noch weniger, höchstens 5,3 Millionen Jahre, vielleicht ausreichend fest in nur 1000 Jahren!

Meine Antwort lautet also "in der Größenordnung von einigen zehn Millionen Jahren, wahrscheinlich ziemlich viel weniger als 100 Millionen Jahre, aber selbst dann bin ich mir immer noch nicht 100% sicher."

Quellen:

Workman, RK, & Hart, SR (2005). Haupt- und Spurenelementzusammensetzung des abgereicherten MORB-Mantels (DMM). Earth and Planetary Science Letters, 231(1-2), 53-72.

Elkins-Tanton, LT (2008). Verbundene Ozeanverfestigung von Magma und atmosphärisches Wachstum für Erde und Mars. Earth and Planetary Science Letters, 271 (1-4), 181-191. Ich fürchte, das ist Paywalled.

Meyer, J., Elkins-Tanton, L., & Wisdom, J. (2010). Gekoppelte thermische und orbitale Entwicklung des frühen Mondes. Ikarus, 208(1), 1-10.

Elkins-Tanton, LT, Burgess, S., & Yin, QZ (2011). Der lunare Magmaozean: Vereinbarkeit des Erstarrungsprozesses mit lunarer Petrologie und Geochronologie. Earth and Planetary Science Letters, 304 (3-4), 326-336.

Elkins-Tanton, LT (2012). Magma-Ozeane im inneren Sonnensystem. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 40, 113-139.

Suckale, J., Elkins‐Tanton, LT, & Sethian, JA (2012). Kristalle aufgewirbelt: 2. Numerische Einblicke in die Bildung der frühesten Kruste auf dem Mond. Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten, 117 (E8).

Kamata, S., Sugita, S., Abe, Y., Ishihara, Y., Harada, Y., Morota, T., ... & Matsumoto, K. (2015). Der relative Zeitpunkt der Verfestigung des Mondmagmaozeans und des späten schweren Bombardements, abgeleitet aus stark degradierten Strukturen des Einschlagbeckens. Ikarus, 250, 492-503.

Schlaf, NH (2016). Asteroidenbeschuss und der Kern von Theia als mögliche Quellen für die späte Furnierkomponente der Erde. Geochemie, Geophysik, Geosysteme, 17(7), 2623-2642.

Angesichts der Tatsache, dass das innere Sonnensystem durch die geschwollene rote Riesenphase der Alterung der Sonne ziemlich gründlich gereinigt wurde, könnte es kein spätes schweres Bombardement geben, um die anfängliche Kruste wieder zu schmelzen, die sich fast unmittelbar nach dem Stoppen der Verschlingung zu bilden beginnt, die das Schmelzen verursacht.

Welche Urkruste die Erde auch immer vor dem mondbildenden Ereignis hatte. Wir haben keinen Theia-Einschlag zur Bildung des Mondes (der dabei die Erde vollständig oder fast vollständig umschmilzt), kein (derzeit umstrittenes) Jahrmillionen langes Asteroiden-Bombardement – ​​tatsächlich würde ich fragen, ob die bestehende Kruste schmelzen würde vollständig von ein paar Millionen Jahren, die innerhalb der ziemlich dünnen (wenn auch ziemlich heißen) äußeren Hülle der Sonne kreisen. Die Datierung der ältesten bekannten Gesteine ​​sowohl auf der Erde als auch auf dem Mond deutet darauf hin, dass die Erde weniger als hundert Millionen Jahre nach dem Einschlag von Theia begonnen hatte, eine Kruste zu reformieren – und angesichts der Tatsache, dass fast die gesamte „zweite Kruste“ seitdem durch Erosion recycelt wurde und Subduktion, diese Zahl könnte sehr viel kürzer gewesen sein.

Ausgehend von dieser Überlegung würde ich sagen, dass es innerhalb von höchstens ein paar Millionen Jahren nach dem von der Sonne verursachten Unterzwergkollaps (wegen der kleinen strahlenden Oberfläche, der Strahlung des Blaus) eine feste Oberfläche zum Landen und Gehen geben sollte zum blau-weißen Unterzwerg wäre trivial im Vergleich zum Kühleffekt der Magmaoberfläche, die in den Weltraum strahlt). Frische Magmaströme bilden in Tagen oder Wochen eine tragende Kruste, obwohl diese Oberfläche immer noch heiß genug ist, um Stiefelsohlen für ein Vielfaches dieser Zeitspanne zu schmelzen. Die viel tiefere Hitze unter der Oberfläche einer vollständig geschmolzenen Kruste würde diese Zahl erheblich erhöhen, aber Gestein ist kein sehr guter Wärmeleiter – daher gibt es Gesteine, die Hunderttausende von Jahren nach den letzten Jahren immer noch heiß genug sind, um Wasser zu kochen Ausbruch am Yellowstone.

Tragen Sie am besten stark isolierte Vakuumanzugstiefel; der Boden wird fast so heiß sein wie die Kruste auf einem frischen Magmastrom. Seien Sie auch vorsichtig, wo Sie landen, da es möglicherweise dünne Stellen in der Kruste gibt, die ein Raumschiff oder einen schweren Lander nicht tragen können, und die Plattendrift kann lokal in Echtzeit sichtbar sein.