Jak zmieniało się ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi? Dlaczego na Wenus jest tak wysokie?

Pytanie

Pyta Adam

Jak zmieniało się ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi od początku jej powstania? Dlaczego na powierzchni Wenus jest aż tak wysokie?

Odpowiedź

Odpowiada Michalina Broda, konsultacja prof. Szymon Malinowski

Ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi przeszło znaczące zmiany od czasu jej powstania. Wynika to ze zmian w składzie atmosfery (zmiany te są przedstawione na rysunku poniżej):

plants_and_animals_atmospherecomp

Źródło: https://ponce.sdsu.edu/plants_and_animals.html

  • Powstanie i wczesna Ziemia (4,6 – 4 miliardy lat temu): W tym okresie Ziemia cechowała się zupełnie inną atmosferą niż to obserwujemy obecnie. Składała się głównie z metanu, amoniaku i pary wodnej. Ciśnienie było prawdopodobnie wyższe niż te obecne. W miarę jak Ziemia się ochładzała, para wodna się skraplała, tworząc oceany. Objętość pary wodnej w powietrzu zmniejszała się, a tym samym ciśnienie atmosferyczny stawało się niższe.
  • Great Oxygenation Event (2,4 – 2,2 miliarda lat temu): Fotosyntetyzujące cyjanobakterie zaczęły produkować tlen, który zaczął gromadzić się w atmosferze. Zmieniło to skład atmosfery Ziemskiej. Ponadto przez wzrost ilości tlenu, nastąpiło gromadzenie się w atmosferze metanu. Oba te mechanizmy powodowały zmiany w ciśnieniu.
  • Okres karboński (359-299 milionów lat temu): Był to okres rozkwitu roślinności (np. paproci), które na masową skalę pochłaniały dwutlenek węgla $CO_2$, a emitowały tlen $O_2$, który jest lżejszy, przez co ciśnienie atmosferyczne mogło się zmniejszyć.
  • Współczesność:  Działalność człowieka, zwłaszcza od czasu rewolucji przemysłowej, uwalnia do atmosfery duże ilości gazów cieplarnianych. Poza wpływem na średnią temperaturę Ziemi ma to również wpływ na ciśnienie, jednak zmiany są stosunkowo niewielkie w stosunku do naturalnych wahań w geologicznych skalach czasowych.

Wenus cechuje się gęstą atmosferę, z ciśnieniem powierzchniowym około 92 razy większym niż na Ziemi. To wysokie ciśnienie wynika z kilku powodów:

  • Skład:   Atmosfera Wenus w około 97 % składa się z dwutlenku węgla. $CO_2$ jest gazem ciężkim, co przyczynia się do wysokiego ciśnienia atmosferycznego.
  • Brak aktywności geologicznej: Na Ziemi węgiel jest wymieniany między atmosferą a litosferą poprzez procesy takie jak wietrzenie, subdukcja i aktywność wulkaniczna. Na Wenus brakuje tych procesów, więc węgiel pozostaje w atmosferze, przyczyniając się do wysokiego ciśnienia.
  • Brak pola magnetycznego: Wiatry słoneczne przyczyniają się do usuwania lżejszych gazów z atmosfery. Występowanie pola magnetycznego zapobiega temu mechanizmowi. Na Wenus nie występuje pole magnetyczne, przez co w atmosferze zostają cięższe gazy, zwiększając gęstość i ciśnienie atmosferyczne.