Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

7.1. PHYSIK DER ERDE 351
3. Die Ozeane
Das Wasser der Ozeane wurde vermutlich nicht durch Kometen auf die Erde gebracht (und schon
gar nicht auch heute noch, wie manchmal behauptet wird) sondern nach dem big burb zunächst
in die Atmosphäre ausgegast und dann aus ihr kondensiert. Die Temperatur direkt nach dem
big burb kann man zu 4500 K abschätzen. Damit ist auch in etwa das Anfangswertproblem der
planetraen Atmosphäre definiert. Die Sonneneinstrahlung spielt keine Rolle. Was volatil genug
ist verdampft (Edelgase), was schwer genug ist kondensiert später (nach dem Abkühlen) aus. Die
Ozeane der Erde enthalten etwa 1000 Atmosphärenmassen, Kalkspat (CaCO3) am Meeresboden
bindet etwa 70 Atmosphärenmassen, der Rest steckt in Felsgestein.
4. Drehimpulsbilanz
Ähnlich schlimm sieht es bei der Drehimpulsbilanz im Sonnensystem aus. Der gesamte Drehimpuls
steckt in den Planeten (etwa 180 mal mehr als in der Sonne) und bei diesen wieder in den
Monden (bei der Erde ist das Verhältnis zum Drehimpuls des Mondes 1 : 7). Dazu kommt ein
erhebliches Misalignment (Fehlweisung) der Drehimpulse bzw. der Spins.
Die drei wichtigsten Elemente C, N und O sind letztlich sehr unterschiedlich in der Atmosphäre (der
verschiedenen Planeten und Monden) vorhanden. Neben der Erde enthält nur der Jupitermond Titan
bedeutende Anteile an N2. Diese sind wahrscheinlich ausgegast (N2 oder NH3).
• ANMERKUNG (PHOTOSYNTHESE)
Photosynthese ist der Prozeß, bei dem Pflanzen vermittels Chorophyll und Sonnenenergie Kohlendioxyd und Wasser in
Kohlenwasserstoffe umwandeln.
6CO2 + 6H2 → C6H12 + 6O2
Zu Beginn, beim Übergang von reduzierender zu oxidierender Atmosphäre, kann das CO2 auf der linken Seite ausgegast
worden sein. Heute ist die Photosynthese im Gleichgewicht mit dem Umkehrprozeß, der Atmung der Pflanzen:
C6H12 + 6O2 → 6CO2 + 6H2
Der Nettogewinn an O2 zu Beginn kommt durch die Vermehrung der Pflanzen zustande.
Aufheizung und Schmelzen
Nach der heutigen Vorstellung wurden die Planeten – also auch die Erde – aus dem protosolaren Nebel
in kaltem Zustand durch Agglomeration von Gesteinsbrocken von etwa Meteorgröße gebildet. Die Erde
ist heute im Innern allerdings so heiß,
Tc ≈ 4000 . . . 6000 ◦ K (7.23)
daß sie zwischen Kern und Kruste flüssig ist, was sich durch radioaktive Aufheizung (damals und heute
noch)
˙Qrad ≈ 2 · 10 20
erg s −1 ; jrad = 50 erg cm −2 s −1 (7.24)
und die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Kruste erklärt (Wärmestau).
Die Gravitationsenergie Ug der Erde beträgt etwa
Ug ≈ GM 2 ⊕
R⊕
= 4 · 10 39
erg (7.25)
und stellt damit das bei weitem größte Energiereservoir dar. Der Druck im Zentrum beträgt etwa
Pc ≈ ρGM⊕
2R⊕
= 2 · 10 12
dyn cm −2