14.5: Mageuzi ya Sayari

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza shughuli za kijiolojia wakati wa mageuzi ya sayari, hasa kwenye sayari za dunia
• Eleza mambo yanayoathiri tofauti katika mwinuko kwenye sayari za duniani
• Eleza jinsi tofauti katika anga kwenye Venus, Dunia, na Mars zilivyobadilika kutoka kwa pointi zinazofanana za mwanzo katika historia ya awali ya mfumo wa jua

Wakati tunasubiri uvumbuzi zaidi na uelewa bora wa mifumo mingine ya sayari, hebu tuangalie tena historia ya awali ya mfumo wetu wa jua, baada ya kufutwa kwa disk yetu ya vumbi. Wakati wa athari kubwa pengine ilikuwa imefungwa kwa miaka milioni 100 ya kwanza ya historia ya mfumo wa jua, kuishia kwa takriban miaka bilioni 4.4 iliyopita. Muda mfupi baadaye, sayari zilipozwa na kuanza kudhani mambo yao ya sasa. Hadi miaka bilioni 4 iliyopita, waliendelea kupata vifaa vyenye tete, na nyuso zao zilikuwa zimeharibiwa sana kutokana na uchafu uliobaki ambao uliwapiga. Hata hivyo, kama mvuto wa nje ulipungua, sayari zote za duniani pamoja na miezi ya sayari za nje zilianza kufuata kozi zao za mabadiliko. Hali ya mageuzi haya ilitegemea muundo wa kila kitu, wingi, na umbali kutoka Jua.

Biolojia Shughuli

Tumeona mbalimbali katika kiwango cha shughuli za kijiolojia kwenye sayari za duniani na miezi ya baridi. Vyanzo vya ndani vya shughuli hizo (kinyume na pummeling kutoka juu) zinahitaji nishati, ama kwa namna ya joto la kwanza lililoachwa kutoka kwenye malezi ya sayari au kutokana na kuoza kwa mambo ya mionzi ndani ya mambo ya ndani. Kubwa sayari au mwezi, kuna uwezekano mkubwa zaidi wa kuhifadhi joto lake la ndani na polepole zaidi—hii ni “athari ya viazi iliyookwa” iliyotajwa katika Other Worlds: Utangulizi wa Mfumo wa Jua. Kwa hiyo, tuna uwezekano mkubwa wa kuona ushahidi wa shughuli za kijiolojia zinazoendelea juu ya uso wa ulimwengu mkubwa (imara) (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Mwezi wa Jupiter Io ni ubaguzi wa kuvutia kwa sheria hii; tuliona kwamba ina chanzo cha kawaida cha joto kutokana na kubadilika kwa mvuto wa mambo yake ya ndani na kuvuta mawimbi ya Jupiter. Europa pengine pia huwaka na mawimbi ya jovian. Saturn inaweza kuwa na athari sawa juu ya mwezi wake Enceladus.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Hatua katika Historia ya Kijiolojia ya Sayari ya Dunia. Katika picha hii, wakati huongezeka chini upande wa kushoto, ambapo hatua zinaelezwa. Kila sayari inaonyeshwa takribani katika hatua yake ya sasa. Sayari ndogo, haraka zaidi inapita kupitia hatua hizi.

Mwezi, mdogo zaidi wa ulimwengu wa dunia, ulikuwa hai ndani hadi miaka bilioni 3.3 iliyopita, wakati volkano yake kuu ilikoma. Tangu wakati huo, vazi lake limepoza na kuwa imara, na leo hata shughuli za ndani za seismic imepungua hadi karibu sifuri. Mwezi ni dunia ya kijiolojia iliyokufa. Ingawa tunajua kidogo kuhusu Mercury, inaonekana uwezekano kwamba sayari hii, pia, ilikoma shughuli nyingi za volkeno kuhusu wakati huo huo Mwezi ulifanya.

Mars inawakilisha kesi ya kati, na imekuwa kazi zaidi kuliko Mwezi. Ukonde wa ulimwengu wa kusini ulikuwa umeundwa na miaka bilioni 4 iliyopita, na tambarare ya volkeno ya kaskazini ya hemphere inaonekana kuwa ya kisasa na maria ya mwezi. Hata hivyo, bulge ya Tharsis iliundwa baadaye, na shughuli katika volkano kubwa za Tharsis inaonekana iliendelea na mbali hadi wakati wa sasa.

Dunia na Venus ni sayari kubwa zaidi na zenye kazi duniani. Sayari yetu inakabiliwa na tectonics ya sahani ya kimataifa inayotokana na convection katika vazi lake. Matokeo yake, uso wetu unafanywa upya, na nyenzo nyingi za uso wa Dunia ni chini ya miaka milioni 200. Venus ina viwango vya kawaida vya shughuli za volkeno, lakini tofauti na Dunia, haijapata tectonics ya sahani. Zaidi ya uso wake inaonekana kuwa si zaidi ya miaka milioni 500. Tuliona kwamba uso wa sayari yetu dada unabadilishwa na aina ya “tectoniki ya blob” —ambapo nyenzo za moto kutoka chini za puckers na kupasuka kupitia uso, na kusababisha coronae, volkano za pancake, na vipengele vingine hivyo. Uelewa bora wa tofauti za kijiolojia kati ya Venus na Dunia ni kipaumbele cha juu kwa wanajiolojia wa sayari.

Mageuzi ya kijiolojia ya miezi ya barafu na Pluto yamekuwa tofauti kabisa na ile ya sayari za duniani. Vyanzo vya nishati vya Tidal vimekuwa vimefanya kazi, na asili ya vifaa inapaswa kufanya kazi na si sawa. Juu ya ulimwengu huu wa nje, tunaona ushahidi wa volkano ya joto la chini, na lava ya silicate ya sayari ya ndani inayoongezewa na misombo ya sulfuri kwenye Io, na kubadilishwa na maji na barafu nyingine kwenye Pluto na miezi mingine ya nje ya sayari.

Mwinuko Tofauti

Hebu tuangalie baadhi ya mifano maalum ya jinsi sayari zinatofautiana. Milima kwenye sayari za duniani inadaiwa asili yao kwa michakato tofauti. Mwezi na Mercury, milima mikubwa ni ejecta inayotupwa na athari kubwa za kutengeneza bonde lililotokea mabilioni ya miaka iliyopita. Milima mikubwa zaidi juu ya Mars ni volkano, zinazozalishwa na mlipuko wa lava mara kwa mara kutoka matundu yale yale. Kuna volkano sawa (lakini ndogo) duniani na Venus. Hata hivyo, milima ya juu duniani na Venus ni matokeo ya ukandamizaji na kuinua uso. Kwenye Dunia, ukandamizaji huu wa crustal unasababishwa na migongano ya sahani moja ya bara na nyingine.

Inashangaza kulinganisha urefu wa juu wa volkano duniani, Venus, na Mars (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kwenye Venus na Dunia, tofauti ya mwinuko wa juu kati ya milima hii na mazingira yao ni karibu kilomita 10. Olympus Mons, kinyume chake, minara zaidi ya kilomita 20 juu ya mazingira yake na karibu kilomita 30 juu ya maeneo ya mwinuko chini kabisa Mars.

Kielelezo Milima Juu\(\PageIndex{2}\) juu ya Mars, Venus, na Dunia. Milima inaweza kupanda mirefu juu ya Mars kwa sababu Mars ina mvuto chini ya uso na hakuna sahani kusonga. Kiwango cha wima kinaenea kwa sababu ya tatu ili kulinganisha iwe rahisi. Lebo ya “bahari level” inahusu Dunia tu, bila shaka, kwa kuwa sayari nyingine mbili hazina bahari. Mauna Loa na Mlima. Everest ni duniani, Olympus Mons iko kwenye Mars, na Milima ya Maxwell iko kwenye Venus.

Sababu moja Olympus Mons (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)) ni ya juu sana kuliko wenzao wa duniani ni kwamba sahani crustal duniani kamwe kuacha kusonga muda wa kutosha kuruhusu volkano kubwa kweli kukua. Badala yake, sahani inayohamia inajenga safu ndefu ya volkano kama visiwa vya Hawaii. Juu ya Mars (na labda Venus) ukanda unabaki umesimama kwa heshima na doa ya msingi ya moto, na hivyo volkano moja inaweza kuendelea kukua kwa mamia ya mamilioni ya miaka.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Olympus Mons. Volkano kubwa ya martian inaonekana kutoka juu katika picha hii ya kuvutia Composite iliyoundwa kutoka picha nyingi za Viking orbiter. Volkano ni karibu kilomita 500 pana katika msingi wake na zaidi ya kilomita 20 juu. (Urefu wake ni karibu mara tatu urefu wa mlima mrefu kuliko yote duniani.)

Tofauti ya pili inahusiana na nguvu ya mvuto kwenye sayari tatu. Mvuto wa uso juu ya Venus ni karibu sawa na ule duniani, lakini kwenye Mars ni karibu theluthi moja tu kama kubwa. Ili mlima uweze kuishi, nguvu zake za ndani zinapaswa kuwa kubwa ya kutosha kuunga mkono uzito wake dhidi ya nguvu ya mvuto. Miamba ya volkeno imejulikana nguvu, na tunaweza kuhesabu kwamba duniani, kilomita 10 ni kuhusu kikomo. Kwa mfano, wakati lava mpya inapoongezwa juu ya Mauna Loa huko Hawaii, mlima unashuka chini chini ya uzito wake. Katika Mars, hata hivyo, pamoja na mvuto wake mdogo wa uso, tofauti kubwa zaidi ya mwinuko inaweza kuungwa mkono, ambayo husaidia kueleza kwa nini Olympus Mons ni zaidi ya mara mbili ya juu kama milima mirefu ya Venus au Dunia.

Kwa njia, aina hiyo ya hesabu ambayo huamua urefu wa mlima inaweza kutumika kuthibitisha mwili mkubwa ambao unaweza kuwa na sura isiyo ya kawaida. Mvuto, ikiwa unaweza, huvuta vitu vyote kwenye sura ya “ufanisi” zaidi (ambapo pointi zote za nje ni sawa na katikati). Sayari zote na miezi mikubwa ni karibu spherical, kutokana na nguvu ya mvuto wao wenyewe kuunganisha yao katika nyanja. Lakini kitu kidogo, zaidi ya kuondoka kutoka sura ya spherical ambayo nguvu ya miamba yake inaweza kusaidia. Kwa miili ya silicate, kipenyo cha kikwazo ni kilomita 400; vitu vingi vitakuwa karibu na spherical, wakati ndogo zinaweza kuwa na sura yoyote (kama tunavyoona katika picha za asteroids, kama vile Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Kawaida Asteroid. Vitu vidogo kama vile Asteroidi Ida (vinavyoonyeshwa hapa kwa maoni mengi yaliyochukuliwa na kamera ya angani ya Galileo kama ilivyoruka nyuma) kwa ujumla ni kawaida au vidogo; hawana mvuto mkubwa wa kutosha kuvuta kwenye umbo la tufe. Ida ni takriban kilomita 60 kwa muda mrefu katika mwelekeo wake mrefu zaidi.

Anga

Anga za sayari ziliundwa na mchanganyiko wa gesi inayotoka kutoka ndani yao na athari za uchafu wa tajiri kutoka kwenye mfumo wa jua wa nje. Kila moja ya sayari za duniani lazima awali ilikuwa na anga zinazofanana, lakini Mercury ilikuwa ndogo mno na moto mno ili kuhifadhi gesi yake. Mwezi pengine haujawahi kuwa na anga tangu nyenzo zilizojenga zilikuwa zimeharibika katika vifaa vyenye tete.

Gesi kubwa tete kwenye sayari duniani sasa ni dioksidi kaboni (\(\ce{CO2}\)), lakini mwanzoni kulikuwa na pengine pia gesi zenye hidrojeni. Katika mazingira haya yaliyopunguzwa zaidi ya kemikali (hidrojeni), kulikuwa na kiasi kikubwa cha monoksidi kaboni (\(\ce{CO}\)) na athari za amonia (\(\ce{NH3}\)) na methane (\(\ce{CH4}\)). Mwanga wa ultraviolet kutoka Jua uligawanyika mbali molekuli za kupunguza gesi katika mfumo wa jua wa ndani, hata hivyo. Zaidi ya atomi mwanga hidrojeni alitoroka, na kuacha nyuma oxidized (oksijeni inaongozwa) anga tunaona leo duniani, Venus, na Mars.

Hatima ya maji ilikuwa tofauti katika kila sayari hizi tatu, kulingana na ukubwa wake na umbali kutoka Jua. Mapema katika historia yake, Mars inaonekana ilikuwa na anga nene yenye maji mengi ya maji, lakini haikuweza kuhifadhi hali hizo. \(\ce{CO2}\)Muhimu kwa athari kubwa ya chafu ilipotea, joto limeshuka, na hatimaye maji yaliyobaki yalipotea. Juu ya Venus mchakato wa reverse ulifanyika, na athari ya chafu ya kukimbia inayoongoza kwa hasara ya kudumu ya maji. Dunia pekee imeweza kudumisha usawa maridadi ambao unaruhusu maji ya kioevu kuendelea juu ya uso wake.

Kwa maji yalipokwenda, Venus na Mars kila mmoja zikaishia na angahewa ya takriban asilimia 96 kaboni dioksidi na asilimia chache ya nitrojeni. Duniani, uwepo wa maji kwanza halafu wa maisha ulisababisha angahewa ya aina tofauti sana. \(\ce{CO2}\)Iliondolewa na zilizoingia katika mashapo ya baharini. Kuenea kwa aina za maisha ambazo zinaweza kuunganisha picha hatimaye kulisababisha kutolewa kwa oksijeni zaidi kuliko athari za kemikali asilia zinaweza kuondoa kutoka angahewa. Matokeo yake, kutokana na maisha juu ya uso wake, Dunia hujikuta na upungufu mkubwa wa\(\ce{CO2}\), na nitrojeni kama gesi tele zaidi, na anga tu ya sayari ambayo ina oksijeni ya bure.

Katika mfumo wa jua wa nje, Titan ni mwezi pekee wenye anga kubwa. Kitu hiki lazima kiwe na tete za kutosha-kama vile amonia, methane, na nitrojeni-kuunda angahewa. Hivyo, leo anga ya Titan ina hasa nitrojeni. Ikilinganishwa na zile zilizo kwenye sayari za ndani, joto kwenye Titani ni ndogo mno kwa ama dioksidi kaboni au maji kuwa katika mfumo wa mvuke. Pamoja na hizi mbili volatiles kawaida waliohifadhiwa imara, labda si ajabu sana kwamba nitrojeni ina kuishia kama msingi anga Constituent.

Tunaona kwamba asili, kuanzia na seti moja ya wapiga kura kemikali, Unaweza mtindo mbalimbali ya anga ya mwisho sahihi kwa hali na historia ya kila dunia. Anga tuliyo nayo duniani ni matokeo ya eons nyingi za mageuzi na kukabiliana na hali. Na, kama tulivyoona, inaweza kubadilishwa na matendo ya aina za maisha zinazoishi duniani.

Moja ya motisha kwa ajili ya utafutaji wa mfumo wetu wa sayari ni kutafuta maisha, kuanzia na utafiti wa mazingira uwezekano wa kuishi. Mercury, Venus, na Mwezi hazifaa; wala miezi mingi katika mfumo wa jua wa nje. Sayari kubwa, ambazo hazina nyuso imara, pia zinashindwa mtihani wa kuishi.

Hadi sasa, utafutaji wa mazingira yanayofaa umezingatia uwepo wa maji ya kioevu. Dunia na Europa zote mbili zina bahari kubwa, ingawa bahari ya Europa inafunikwa na ukanda mwembamba wa barafu. Mars ina historia ndefu ya maji ya kioevu juu ya uso wake, ingawa uso leo ni kavu na baridi. Hata hivyo, kuna ushahidi mkubwa wa maji ya chini ya Mars, na hata leo maji hutoka kwa ufupi juu ya uso chini ya hali nzuri. Enceladus inaweza kuwa na maji ya kioevu yanayopatikana zaidi, ambayo yanajitokeza kwenye nafasi kwa njia ya geysers zilizozingatiwa na spacecraft yetu ya Cassini. Titan ni kwa njia nyingi dunia ya kuvutia zaidi tumechunguza. Ni mbali baridi mno kwa maji ya kiowevu, lakini kwa hali yake nene na maziwa ya hidrokaboni, huenda ikawa mahali pazuri kutafuta “maisha kama hatujui.”

Sasa tunakuja mwisho wa utafiti wetu wa mfumo wa sayari. Ingawa tumejifunza mengi kuhusu sayari nyingine katika miongo michache iliyopita ya utafutaji spacecraft, mengi bado haijulikani. Uvumbuzi katika miaka ya hivi karibuni ya shughuli za kijiolojia kwenye Titan na Enceladus hazikutarajiwa, kama ilivyokuwa uso mgumu wa Pluto uliofunuliwa na New Horizons. Utafiti wa mifumo ya exoplanetary hutoa mtazamo mpya, unatufundisha kuwa kuna aina nyingi zaidi kati ya mifumo ya sayari kuliko wanasayansi walivyofikiria miongo michache iliyopita. Utafutaji wa mfumo wa jua ni mojawapo ya adventures kubwa zaidi ya binadamu, na, kwa njia nyingi, imeanza.

Dhana muhimu na Muhtasari

Baada ya mwanzo wao wa kawaida, kila sayari ilibadilika kwa njia yake mwenyewe. Matokeo tofauti yanawezekana yanaonyeshwa kwa kulinganisha sayari za duniani (Dunia, Venus, Mars, Mercury, na Mwezi). Yote ni vitu vyenye mawe, vilivyotenganishwa. Kiwango cha shughuli za kijiolojia ni sawa na wingi: kubwa kwa Dunia na Venus, chini ya Mars, na haipo kwa Mwezi na Mercury. Hata hivyo, mawimbi kutoka dunia nyingine ya jirani yanaweza pia kuzalisha joto kuendesha shughuli za kijiolojia, kama inavyoonyeshwa na Io, Europa, na Enceladus. Pluto pia inafanya kazi, kwa mshangao wa wanasayansi wa sayari. Juu ya nyuso za ulimwengu imara, milima inaweza kusababisha athari, volkano, au kuinua. Chochote asili yao, milima ya juu inaweza kuungwa mkono kwenye sayari ndogo ambazo zina mvuto mdogo wa uso. Anga za sayari za duniani zinaweza kuwa na vifaa vyenye tete kutokana na athari za comet. Mwezi na Mercury walipoteza anga zao; volatiles nyingi juu ya Mars zimehifadhiwa kutokana na umbali wake mkubwa kutoka Jua na anga yake nyembamba; na Venus ilibakia\(\ce{CO2}\) lakini imepotea\(\ce{H2O}\) wakati ilitengeneza athari kubwa ya chafu. Dunia pekee bado ina maji ya kiowevu juu ya uso wake na hivyo inaweza kusaidia maisha.