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Evolution of earth's oxygen, nitrogen, and carbon polar outflow in the archean eon
Natalie Grasser
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Kristina Kislyakova
DOI
10.25365/thesis.73552
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12543.19858.174673-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Habitabilität der Erde hängt wesentlich von der Entwicklung ihrer atmosphärischen Eigenschaften ab, die stark von atmosphärischen Verlustprozessen beeinflusst werden. Der polare Ausfluss, der das atmosphärische Entweichen von Ionen durch die offenen Feldlinien der Erdmagnetosphäre umfasst, ist der dominierende Verlustprozess der modernen Erdatmosphäre und spielte wahrscheinlich auch in der Frühgeschichte der Erde eine bedeutende Rolle. In diesem Artikel untersuchen wir die Entwicklung des polaren Ausflusses der Erde während des Archaischen Äons vor 3-4 Gigajahren (Ga) für eine N2-CO2-Atmosphäre. Dazu verwenden wir einen kinetischen Direct Simulation Monte Carlo (DSMC)-Partikelcode, um die Wechselwirkungen zwischen dem Sonnenwind und der oberen Erdatmosphäre zu simulieren. Wir untersuchen die Auswirkungen verschiedener atmosphärischen CO2 Verhältnissen (10%, 25%, 50%, 75%, 99%) auf die polaren Ausströmungsraten von Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff. Unter Verwendung der Ionenproduktionsraten als Näherungswert für den polaren Ausfluss deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass während der Zeit vor 3.6-4.0 Ga ein CO2 Verhältnis von mehr als 25% notwendig gewesen sein könnte, um übermäßige atmosphärische Verluste über den polaren Ausfluss zu vermeiden. Vor etwa 4Ga könnten aufgrund der stärkeren Sonnenwinde sogar 50% CO2 notwendig gewesen sein. Unsere Ergebnisse stimmen mit anderen Studien überein, die ebenfalls auf ein ähnlich hohes CO2 Verhältnis im frühen Archaikum hindeuten.
Abstract
(Englisch)
The habitability of Earth significantly depends on the evolution of its atmospheric properties, which are strongly influenced by escape processes. Polar outflow, which encompasses the atmospheric escape of ions through the open field lines of the Earth's magnetosphere, is the dominant escape process for modern Earth and likely played a significant role in Earth's early history as well. In this article, we investigate the evolution of Earth's polar outflow during the Archean eon 3-4 gigayears (Ga) ago for an N2-CO2 atmosphere. For this, we use a kinetic direct simulation Monte Carlo (DSMC) particle code to simulate the interactions between the solar wind and the Earth's upper atmosphere. We explore the effects of different CO2 mixing ratios (10%, 25%, 50%, 75%, 99%) on the polar outflow escape rates of oxygen, nitrogen and carbon. Using the ion production rates as a proxy for polar outflow, our results indicate that during the time 3.6-4.0 Ga ago, a CO2 mixing ratio larger than 25% may have been necessary to avoid excessive escape via polar outflow. Close to 4Ga ago, even 50% CO2 may have been necessary due to the stronger solar winds. Our results align with other studies also suggesting a similarly high CO2 mixing ratio in the early Archean.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Erde Archaikum polarer Ausfluss atmosphärische Verluste direct simulation Monte Carlo Kohlenstoffdioxid
Schlagwörter
(Englisch)
Earth Archean polar outflow atmospheric escape direct simulation Monte Carlo carbon dioxide
Autor*innen
Natalie Grasser
Haupttitel (Englisch)
Evolution of earth's oxygen, nitrogen, and carbon polar outflow in the archean eon
Paralleltitel (Deutsch)
Entwicklung des polaren Ausflusses von Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff der Erde im Archaikum
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
36 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Kristina Kislyakova
Klassifikation
39 Astronomie > 39.53 Planeten
AC Nummer
AC16862263
Utheses ID
66733
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |