Wie würde die Atmosphäre der archaischen Erde aussehen? (Vor massiver Oxygenierung)

Ich entwerfe einen Exoplaneten im Alpha-Centauri-System, der der alten Erde bemerkenswert ähnlich ist, bevor sich photosynthetisches Leben entwickelte und Sauerstoff in die Luft proliferierte.

Für die Atmosphäre der archaischen Erde listen die meisten Websites Elemente der Atmosphäre ohne Schätzung von Prozentsätzen auf. Dies ist die einzige Seite, auf der ich eine allgemeine Schätzung der Zusammensetzung finden konnte.

Ich sehe eine Zusammensetzung, die ungefähr aus 70 % N, 10 % CO2, 10 % CH4 und 10 % H2O-Dampf besteht.
Nehmen Sie zur Verdeutlichung an, dass alles außer atmosphärischem Sauerstoff erdähnlich ist. Wenn Sie möchten, können Sie die Unterschiede des Sterns α Centauri A von unserer Sonne berücksichtigen, mit denen ich in einer anderen Frage hier grundlegende Statistiken verglichen habe , obwohl sie anscheinend bemerkenswert ähnlich sind.

Wie würde diese archaische erdähnliche Atmosphäre ohne freien Sauerstoff für das menschliche Auge aussehen?

Dies ist für ein hartes Sci-Fi-RPG-Spiel aus der Ego-Perspektive für den PC gedacht, daher sind Grafik und Animationen/Bewegungen sehr wichtig.

Ich habe diese Seite durchsucht und keine mögliche doppelte Frage zu dieser Art von Atmosphäre gefunden, sondern nur sehr unterschiedliche Zusammensetzungen wie Methan oder Ammoniak.

- bearbeitet, um Unterfragen zu entfernen und Folgendes hinzuzufügen:

Ich habe über Rayleigh-Streuung gelesen , war aber verwirrt über diesen Teil unseres modernen Himmels mit 21% O2:

Außerdem absorbiert der Sauerstoff in der Erdatmosphäre Wellenlängen am Rand des ultravioletten Spektralbereichs. Die resultierende Farbe, die wie ein blasses Blau erscheint, ist eigentlich eine Mischung aus allen gestreuten Farben, hauptsächlich Blau und Grün. Umgekehrt sind beim Blick in Richtung Sonne die nicht gestreuten Farben – die längeren Wellenlängen wie rotes und gelbes Licht – direkt sichtbar, was der Sonne selbst einen leicht gelblichen Farbton verleiht. Aus dem Weltall betrachtet ist der Himmel jedoch schwarz und die Sonne weiß...

... Ein Teil der Streuung kann auch von Sulfatpartikeln stammen. Jahrelang nach großen plinianischen Eruptionen wird der Blaustich des Himmels durch die anhaltende Sulfatbelastung der stratosphärischen Gase merklich aufgehellt.

Wenn O2 so viele Farbeffekte verursachen kann, kann ich mir nur schwer vorstellen, wie der Himmel ohne O2 aussehen würde, von der Oberfläche oder aus dem Weltraum.

Diese Seite, xenology.info, enthält viele relevante Informationen, wie z. B. Druck- und Temperatureffekte:

„Die Menge des gestreuten Lichts ist direkt proportional zum atmosphärischen Druck und umgekehrt proportional zur Temperatur. 1994 Wenn wir also den Druck verdoppeln, verdoppeln wir die Menge des gestreuten Lichts in allen Farben – und der Himmel wird im Allgemeinen heller. Verdoppelung der Temperatur hat den gegenteiligen Effekt: Die Intensität der Streuung wird halbiert.“

Aber die Seite macht mich auch weniger sicher. Während es zum Beispiel besagt, dass die meisten Rayleigh-Streuungen den Himmelsfarben eine blaue Basis geben sollten, wird auch erklärt, dass einige Gase die Farben verändern können, wie z. B. wie Fluor blassgelb erscheint. Chlor erscheint grün. Tiefes Ozon würde wahrscheinlich rötlich erscheinen. Methan und Ammoniak sorgen für Blaugrün.

„Wenn Schwefeldampf verfügbar ist, würde die Luft bei großen Temperaturänderungen ihre Farbe dramatisch ändern. Nahe dem Siedepunkt bei 720 K wäre der Schwefelhimmel dunkelgelb; wenn die Temperatur auf 770 K klettert, würde die Atmosphäre tiefrot werden und wieder zu strohgelb bei etwa 1120 K". Und "wenn der Partialdruck eines der oben genannten gasförmigen Absorber vielleicht 0,001-0,01 atm übersteigt, wird kein Licht irgendeiner Farbe die Oberfläche des Planeten von außen erreichen können."

Wenn es heißt, dass Stickstoffdioxid orange-braun erscheint, glaube ich nicht, dass ich davon ausgehen kann, nur weil der archaische Himmel zu 70 % aus N besteht, dass er größtenteils orange-braun ist, weil unser moderner Himmel zu 78 % aus N besteht.

Mies Theorie scheint hilfreich zu sein, da dunstiger oder staubiger Himmel zu Grau bis Weiß tendieren würde ... erklärt aber nicht die Farbe zwischen Rayleighs blauer Streuung und den Mie-Grautönen.

Die Mie-Theorie erklärt das Verhalten von Atmosphären, die Partikel enthalten, die größer als etwa 4 Mikrometer sind. Oberhalb dieser kritischen Größe werden alle Lichtfrequenzen gleichmäßig gestreut, und das Ergebnis ist ein grauer oder weißer Himmel. (Da immer viel Feinstaub, Wassernebel und industrielle Schadstoffe in der Luft schweben – vielleicht 100-1000 kg auf jedem Quadratkilometer – wird das scharfe natürliche Blau des Himmels ausgewaschen, wenn wir uns nicht in größere Höhen bewegen.)

Jedoch,

Zwischen 0,1 und 4 Mikrometern wird die Mie-Theorie besonders komplex.1995 Die Auswahl nach Farbe oszilliert, wobei manchmal bevorzugt wird, mehr Blau und manchmal mehr Rot zu streuen.1993,1995 Dieser Effekt ist extrem empfindlich gegenüber der Partikelgröße. Ein gleichmäßiger Schleier aus 0,4-Mikron-Partikeln würde mehr Blau (blauer Himmel) streuen, aber eine ähnliche Wolke aus 0,6-Mikron-Partikeln würde mehr Rot erzeugen (roter Himmel).

Es wird diskutiert, dass Staubpartikel der unteren Atmosphäre ihre Farbe verleihen, wenn sie aufgewirbelt werden, was für mich leicht verständlich ist. Zum Beispiel, warum der staubige Niederdruck-Marshimmel ähnliche Farben wie seine Landformen hat. Mir geht es mehr um atmosphärische Farben, bevor Staub ins Spiel kommt.

Vielleicht kann ich mit Sicherheit davon ausgehen, dass solche Ähnlichkeiten mit unserer derzeitigen Erdatmosphäre einen ähnlich blauen Himmel erzeugen werden, aber ich finde nicht die genauen Auswirkungen einer Abwesenheit von Sauerstoff ...

Die Prozentsätze, die Ihre Quelle angibt, sind möglicherweise etwas bedeutungslos. Auch wenn die Website Psycic nicht im Namen hat, ist die Annahme, dass die Atmosphäre immer in einer Bar war, ziemlich falsch. Es gibt keine schlüssigen Beweise, die einem ein ordentliches Druck-Zeit-Diagramm geben würden, aber zumindest gab es eine Zeit, als die Ozeane noch nicht flüssig, sondern gasförmig waren. Wann immer Sie sich mit atmosphärischer Wissenschaft befassen. Auf den Partialdruck kommt es an, Prozentangaben sind bedeutungslos. Die venusianische Atmosphäre enthält zwar nur wenige Prozent Stickstoff, aber mehr als dreimal so viel Stickstoff wie die Erde (3,25 atm).
@JBH auf eine Frage reduziert. Ich habe Dutzende von Artikeln über die Atmosphäre des Archaikums gelesen, konnte aber nicht viel Spezifisches finden, nur Allgemeines. Die meisten konzentrieren sich eher auf die Sauerstoffversorgung als auf die Zusammensetzung und das Aussehen im Voraus, deshalb hoffte ich, Hilfe von Experten auf diesem Gebiet zu bekommen.
Ich habe meine Antwort angepasst und schätze Ihre Bemühungen. +1 und ich gebe ein Kopfgeld, wenn es verfügbar ist. Beachten Sie, dass es einen erheblichen Unterschied zwischen der durch Partikel und Gase verursachten Streuung gibt (ich erwähne dies in meiner Antwort). Die Mie-Theorie zum Beispiel untersucht Partikel. Sie können den Himmel in allen möglichen Farben färben, wenn Sie Partikel (einschließlich Flüssigkeitsdämpfen) verwenden. Aber Ihre Komposition reflektiert nur Gase und Wasserdampf, die alle blau streuen (na ja, violett ... das erwähne ich auch).

Antworten (1)

BEARBEITEN: Diese Antwort wurde vor der vorliegenden Bearbeitung der Frage gepostet. Ich ermutige alle, auf die aktuelle Änderung zu antworten.

Es würde aussehen und sich verhalten wie die Erde ...

Vor ein paar Jahren las ich einen Artikel über die Rayleigh-Streuung , die dazu führt, dass der Himmel von der Erdoberfläche aus blau aussieht. Was der Artikel sagte, war, dass alle Elemente, die bei menschlicher Lebenstoleranz gasförmig sind, blau streuen. Das ist Ihre Grundfarbe, es ist unerheblich, welche Kombinationen von Gasen Sie wählen. Wenn es zu einer Farbverschiebung kommt, ist dies auf das Vorhandensein von Staub und/oder Flüssigkeiten zurückzuführen, die unterschiedliche Lichtwellenlängen reflektieren/brechen.

Es ist wichtig zu verstehen, dass Sie genug Licht und genug Atmosphäre brauchen, damit die Rayleigh-Streuung überhaupt stattfinden kann. Die Atmosphäre des Mars ist so dünn, dass man tagsüber Sterne sehen kann. Es gibt fast keine sichtbare Rayleigh-Streuung auf dem Mars (aber wenn sie aufgrund geringer Staubbedingungen gesehen werden kann ... ist sie blau ...). Wenn Sie dies wissen, sehen Sie aufgrund unterschiedlicher atmosphärischer Drücke oder je nachdem, durch welchen Winkel Sie genau schauen, unterschiedliche Blautöne.

Es ist auch unglaublich wichtig , dass Sie erkennen, dass wir Blau hauptsächlich aufgrund unserer Augen sehen. Die durch die Rayleigh-Streuung gestreute Wellenlänge ist eigentlich violett – aber unsere Augen sind nicht darauf ausgelegt, sie so zu sehen.

Wir sehen das Blau, weil wir auf der einen Seite sind und die Sonne auf der anderen (sozusagen), weshalb Sie aus dem Weltraum die „Farbe“ der Atmosphäre nicht sehen können – sie ist transparent. (Es könnte an den Rändern der Kugel blau sein, wo genügend Atmosphäre Farbe streuen und vom Weltraum aus sichtbar sein könnte, aber es gibt so viel blau gefärbtes Wasser, dass es möglicherweise nicht nachweisbar ist.) Bild mit freundlicher Genehmigung der Nasa .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abgesehen von Verunreinigungen wie Staub und Flüssigkeitsdämpfen würde die einzige Farbverschiebung (meistens geringfügig, die Basis ist immer blau) vom Sonnenlicht stammen ( siehe hier ).

Beim Wiedereintritt ist der Himmel unter Ihnen transparent und der Himmel über Ihnen ist anfangs transparent und wird langsam blau, wenn Sie weit genug absteigen, damit die Rayleigh-Streuung eine Rolle spielt – falls Sie überhaupt etwas davon sehen. Die meiste Zeit werden Sie auf das Orange von brennendem Zeug blicken, wenn Sie Geschwindigkeit gegen Wärme eintauschen. Beachten Sie, dass Sie, wenn Sie jemals auf einem Langstreckenflug waren (bei dem das Flugzeug mehr als 6 Meilen in die Luft fliegt), sehen können, wovon ich spreche. Direkt unter Ihnen ist die Atmosphäre durchsichtig. Wenn Sie über die Welt blicken, erscheint sie aufgrund der zunehmenden Atmosphäre zwischen Ihnen und dem Ende der Atmosphäre immer blauer.

Rayleigh-Streuung benötigt ausreichend Sonnenlicht, weshalb Sie das Blau nicht unmittelbar vor Sonnenuntergang oder nach Sonnenaufgang sehen. In einem Punkt war ich mir nicht so klar, wie ich hätte sein sollen, also: Atmosphäre hat keine Eigenfarbe, weshalb man nachts keine Farbe sieht und unter seinen Umständen auch nicht würde. Welche Farbe Sie bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang sehen, hat mehr mit Wolken und der Farbe Ihres Sterns zu tun als mit der Atmosphäre, und es hat (wenn ich mich richtig erinnere) mehr mit atmosphärischer Linse als mit Rayleigh-Streuung zu tun.

Visuelle Auswirkungen auf all diese Gegenstände ... nichts anderes als das, was Sie aufgrund der vorherigen Erklärungen heute auf der Erde sehen.

Nr. 6 [bezieht sich auf eine ursprüngliche Frage zum Klima] ist unbeantwortbar. Das Klima ist entsetzlich komplex und die Änderung nur einer Variablen wie der Zusammensetzungsverhältnisse verschiedener Gase reicht wahrscheinlich nicht aus, um wirklich etwas zu ändern. Stürme werden durch Planetenrotation und -umlaufbahn, Sonnenenergieabgabe, das Auf und Ab des Drucks in der Atmosphäre, das Vorhandensein (und die Fähigkeit, Feuchtigkeit zu speichern) und Temperaturen überall verursacht ... wie ich schon sagte, es ist unglaublich komplex. Wie gesagt, ich würde nicht erwarten, dass Ihre Änderung der Verhältnisse wirklich irgendetwas beeinflusst.

Schließlich ist es unwahrscheinlich, dass es zu dieser Zeit irgendwelche künstlerischen Vorstellungen des Himmels von der Oberfläche oder dem Weltraum gab. Wenn es zufällig einen geben sollte, würde ich seine Darstellung der Realität in Frage stellen. Denn so viel wir über die archaische Zeit wissen, wir wissen wirklich nicht viel darüber.

Wenn der 10. seriöseste Benutzer in der Community eine Frage beantwortet, in der er mehrmals erklärt, dass die Frage nicht den Qualitätskriterien dieser Community entspricht, was lehrt sie das OP?
Vielen Dank für Ihre Antwort, entschuldigen Sie die vielen Fragen. Ihr Link zum Visual Sky Chart ist äußerst hilfreich! Ich wünschte, ich hätte die Zeit und die Mittel, um in jeder Wissenschaft zu promovieren (da ein Weltraum-Sci-Fi sie alle braucht), aber ich versuche, mit dem auszukommen, was ich habe ... Ich hoffe auch, dass andere die Informationen nützlich finden . Ich habe versucht zu recherchieren, fand aber nur wenige Einzelheiten darüber, was das Fehlen von O2 visuell bewirken würde. Vielleicht brauche ich bessere Suchbegriffe. Der Artikel über die Rayleigh-Streuung enthielt das Zitat, das ich dem obigen Frageposten hinzugefügt habe, was mich weiter verwirrt, weil VIELE Farben möglicherweise aus O2 resultieren.
@KoonW Ich verstehe es mit den PhDs. Es lohnt sich einfach darauf hinzuweisen, dass sich Perfektion fast nie lohnt. Es ist wertvoll zu beurteilen, wann Sie genug Details haben.
Wie würde die Atmosphäre der archaischen Erde aussehen? (Vor massiver Oxygenierung)
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