Πόση ήταν η ατμοσφαιρική πίεση πριν από 3 δισ. χρόνια;

Posted on 11/05/2016

0


Η ατμοσφαιρική πίεση
Τα αέρια έχουν μικρή πυκνότητα σε σχέση με τα υγρά. Έτσι 1 m3 νερού ζυγίζει 1000 kg, ενώ 1 m3 αέρα ζυγίζει μόνο ~1,2 kg. Η μικρή πυκνότητα των αερίων οφείλεται στη μεγάλη σχετικά απόσταση των μορίων μεταξύ των. Λόγω της μεγάλης απόστασης, οι μεταξύ των μορίων δυνάμεις είναι μικρές και ως εκ τούτου τα αέρια δεν σχηματίζουν επιφάνειες, αλλά τείνουν να καταλάβουν διαρκώς μεγαλύτερο όγκο. Τα μόρια των αερίων κινούνται άτακτα προς όλες τις διευθύνσεις και συγκρουόμενα με τα τοιχώματα των δοχείων που τα περιέχουν εξασκούν σ’ αυτά πίεση. Συνεπώς. η πίεση των αερίων οφείλεται σε εντελώς διαφορετικό λόγο σε σχέση με τα υγρά. Στα υγρά η πίεση οφείλεται στη βαρύτητα ή και σε άλλες εξωτερικές τυχόν δυνάμεις, ενώ η πίεση των αερίων οφείλεται στη θερμική κίνηση των μορίων τους.

Όπως στην υδροστατική, έτσι και στην αεροστατική κατά τη μελέτη της πίεσης πρέπει να γίνεται σαφής διάκριση μεταξύ δυο ακραίων περιπτώσεων:
1) το αέριο να βρίσκεται εκτός πεδίου βαρύτητας
2) η πίεση να οφείλεται αποκλειστικά στο πεδίο βαρύτητας.

Στην πρώτη περίπτωση ισχύει η αρχή του Pascal: «Εφ’ όσον σε ένα αέριο που ηρεμεί δεν επιδρά το πεδίο βαρύτητας, η πίεση είναι σε όλη την έκτασή του σταθερή».
Στη δεύτερη περίπτωση η πίεση δεν είναι η ίδια σε όλη την έκταση του αερίου, αλλά εξαρτάται από το υψόμετρο h του θεωρούμενου σημείου σύμφωνα με την βαρομετρική εξίσωση:

ph=p0·ec·h                 (1)

Στην εξίσωση αυτή με ph παριστάνεται η πίεση σε υψόμετρο h, και με p0 την πίεση στην επιφάνεια της Γης και c μια σταθερά (c=ρ0·g/p0, ρ0 η πυκνότητα του αερίου σε υψόμετρο h=0). Ενώ η πίεση στα υγρά μεταβάλλεται γραμμικά με το h, στα αέρια μεταβάλλεται εκθετικά. Αυτό οφείλεται στο ότι τα μεν υγρά θεωρούνται ασυμπίεστα (πυκνότητα σταθερή, ανεξάρτητη του βάθους), ενώ τα αέρια είναι συμπιεστά (η πυκνότητα μεταβάλλεται με την πίεση).

Ο αέρας που περιβάλλει τη Γη βρίσκεται λόγω του πεδίου βαρύτητας υπό πίεση, την ατμοσφαιρική πίεση, η οποία μεταβάλλεται με το ύψος από την επιφάνεια της Γης, σύμφωνα με την εξίσωση (1). Το γνωστό πείραμα του Torricelli αποδεικνύει την ύπαρξη της ατμοσφαιρικής πίεσης, και επιπλέον επιτρέπει τη μέτρησή της.

Η ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της θάλασσας (h=0) και σε θερμοκρασία 25oC, είναι p0~100.000 Pa = 1 bar.

Πόση ήταν η ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της Γης πριν από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια; 

Η έως τώρα πεποίθηση ότι, στα νιάτα της, η Γη είχε πυκνότερη ατμόσφαιρα, άρα και μεγαλύτερη ατμοσφαιρική πίεση αποδεικνύεται λανθασμένη.

Επιστήμονες από τις ΗΠΑ και την Αυστραλία μελέτησαν φυσαλίδες αέρα παγιδευμένες σε πετρώματα ηλικίας 2,7 δισεκατομμυρίων ετών και συμπέραναν ότι εκείνη την εποχή ο αέρας ασκούσε το πολύ το ήμισυ της πίεσης που ασκεί σήμερα η ατμόσφαιρα πάνω στην επιφάνεια του πλανήτη μας.

lava_bubbles-300x225Οι ερευνητές των πανεπιστημίων Ουάσιγκτον και Δυτικής Αυστραλίας, με επικεφαλής τους Σαντζόι Σομ και Τιμ Μπλέικ αντίστοιχα, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό γεωεπιστημών «Nature Geoscience».

Τα νέα ευρήματα ανατρέπουν την ευρέως αποδεκτή πεποίθηση πως η νεαρή Γη είχε πυκνότερη ατμόσφαιρα από ό,τι τώρα. Αυτή η ανακάλυψη οδηγεί επίσης σε νέες εκτιμήσεις για το ποιά και πόσα αέρια υπήρχαν στην αρχαία ατμόσφαιρα και πώς το κλίμα και η βιολογία τότε αλληλοεπηρέαζαν τον πλανήτη μας.

Η νέα εκτίμηση βασίζεται στην χρησιμοποίηση ως «παλαιοβαρομέτρου» των φυσαλίδων αέρα που παγιδεύθηκαν σε στερεοποιημένη βασαλτική λάβα στην περιοχή Πιλμπάρα της δυτικής Αυστραλίας. Με τον τρόπο αυτό, υπολογίσθηκε το βάρος, άρα και η πίεση, της ατμόσφαιρας πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Όλες οι μετρήσεις δείχνουν ότι η πίεση ήταν το 25% έως 50% της σημερινής, λίγο μεγαλύτερη από αυτήν πάνω από το όρος Έβερεστ.

Πριν από 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια, στη Γη ζούσαν μόνο μονοκύτταροι οργανισμοί, η ηλιακή ακτινοβολία στον πλανήτη μας ήταν περίπου κατά 20% έως 30% πιο ασθενής, ενώ η γήινη ατμόσφαιρα δεν περιείχε καθόλου οξυγόνο. Αντίθετα, περιλάμβανε περισσότερα «αέρια του θερμοκηπίου» (μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα) και λιγότερο άζωτο από το σημερινό 80%, καθώς το απορροφούσαν μαζικά τα βακτήρια και το αφαιρούσαν συνεχώς από τον αέρα. Η αραιότερη ατμόσφαιρα, μεταξύ άλλων, θα επηρέαζε την ισχύ των ανέμων, ακόμη και το σημείο βρασμού των υγρών πάνω στη Γη.

Η μελέτη, που χρηματοδοτήθηκε από την Αμερικανική Διαστημική Υπηρεσία, έχει συνέπειες και για την αστροβιολογία, καθώς φωτίζει περισσότερο τις συνθήκες που μπορεί να επικρατούν σε άλλους εξωπλανήτες με αραιή ατμόσφαιρα. Η πίεση του αέρα είναι σημαντική για την ύπαρξη ζωής, καθώς βοηθά την ατμόσφαιρα να διακρατήσει υδρατμούς, παγιδεύει τη θερμότητα του Ήλιου (ή όποιου άλλου άστρου), ενώ επιδρά στις βιοχημικές αντιδράσεις των οργανισμών.

πηγές: (…) – www.amna.gr – www.washington.edu