Domanda:
Quale sarebbe la temperatura della terra se non ci fosse atmosfera?
Praveen Kadambari
2014-05-07 08:36:16 UTC
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So che l'atmosfera protegge la vita sulla Terra assorbendo la radiazione solare ultravioletta, riscaldando la superficie attraverso la ritenzione del calore (effetto serra) e riducendo le temperature estreme tra il giorno e la notte (la variazione della temperatura diurna). Mi chiedo quale temperatura raggiungerebbe la terra se non ci fosse atmosfera ?.

Il mio ricordo è una temperatura superficiale media di 255K basata sull'equilibrio radiativo. Farò una risposta se posso sostenere quel numero e come è determinato.
La domanda è un po 'ambigua. Stai chiedendo della differenza di temperatura tra la terra con la superficie come è ora, ma senza atmosfera? O della terra senza atmosfera e con una superficie nuda? Fa una differenza significativa per la risposta. Se sei interessato solo a quanta differenza dà l'effetto serra, allora è meglio chiederlo esplicitamente - e la risposta quindi, come dice Casey, è una temperatura superficiale di 255 K e un differenziale di temperatura di circa +33 K
@EnergyNumbers Quello che volevo chiedere era la temperatura normale che si può leggere sul termometro.
OK. Della terra esattamente come è ora la superficie, solo in assenza dell'atmosfera (cioè, come sarebbe nell'istante in cui l'atmosfera svanisce)? O della terra senza atmosfera, e se la superficie terrestre fosse come quella della luna: niente acqua, niente neve, niente foreste, ecc. (Cioè, come sarebbe la superficie dopo secoli di assenza di atmosfera)?
Supponendo che il Sole non cambi, e dopo che l'atmosfera è svanita, abbiamo concesso abbastanza tempo perché tutta l'acqua scompaia, tutto il ghiaccio per sublimare, tutta la flora e la fauna morte per sbriciolarsi, ecc.? Quindi mi aspetterei che le temperature fossero molto simili a quelle della Luna, modificate da un albedo leggermente più alto (la Luna è piuttosto scura e potrebbe esserci un rivestimento luminoso di sale dove si trovavano gli oceani) (-, ma potrebbe irradiarsi meno a notte) e un po 'più di flusso di calore dall'interno della Terra (+). Molto dipende dalla storia del pianeta: ha mai avuto oceani, ecc.
Lo stesso di Moon.
La temperatura della luna oscilla da 253F alla luce del sole a -243F all'ombra. Il calcolo della media non fornisce una visione realistica di come sarebbe se la Terra non avesse atmosfera. Il passaggio dal giorno alla notte sarebbe stato altrettanto drastico.
Tre risposte:
#1
+31
hugovdberg
2014-05-07 11:27:49 UTC
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Secondo Wikipedia, una temperatura superficiale media approssimativa per una terra nuda è 274,5 K. Questo scenario è abbastanza ragionevole a mio parere, poiché spogliare l'atmosfera senza cambiare molto altro farebbe (su una scala temporale geologica) piuttosto si traduce rapidamente in una terra nuda senza calotte glaciali o vegetazione, causando circostanze abbastanza vicine a quelle sulla luna. (Presumo che anche il campo magnetico terrestre che protegge sia l'atmosfera che la vita sottostante sia scomparso)

Questo valore viene stimato confrontando la radiazione del corpo nero della Terra e della Luna, che viene quindi corretta per l'albedo (frazione della radiazione in entrata che viene riflessa) e l'emissività (capacità di un materiale di emettere radiazioni), che sono proprietà di un materiale. Poiché la Terra e la luna sono entrambe alla stessa distanza dal sole e sono costituite in media dallo stesso materiale, le misurazioni dell'albedo e dell'emissività della luna possono essere utilizzate come stime di queste proprietà per la Terra.

La radiazione del corpo nero del sole è calcolata con la legge di Stefan-Boltzmann:

$$ P _ {\ text {S, emit}} = 4 \ pi R_S ^ 2 \ sigma T_S ^ 4 $$

$ P _ {\ text {S, emit}} $ è l'energia emessa dal sole, $ R_S $ è il raggio del sole e $ T_S $ è la temperatura del sole. La frazione di questa energia ricevuta dalla Terra è quindi proporzionale alla superficie circolare rivolta verso il sole e alla densità di energia alla distanza $ D $ tra la Terra e il sole.

$$ P _ {\ text {SE}} = P _ {\ text {S, emit}} \ left (\ frac {\ pi R_E ^ 2} {4 \ pi D ^ 2} \ right) $$

$ R_E $ è il raggio della Terra. Usando l'albedo $ \ alpha $ si può calcolare l'energia assorbita:

$$ P _ {\ text {E, abs}} = (1- \ alpha) P _ {\ text {SE}} $$

Applicando la legge di Stefan-Boltzman alla Terra, corretta per l'emissività $ \ overline {\ epsilon} $, l'energia emessa è quindi:

$$ P _ {\ text {E , emit}} = \ overline {\ epsilon} 4 \ pi R_E ^ 2 \ sigma T_E ^ 4 $$

Supponendo un equilibrio energetico $ P _ {\ text {E, abs}} = P _ {\ text {E, emit}} $ possiamo ora calcolare $ T_E $:

$$ \ begin {align} \ frac {(1- \ alpha) 4 \ pi R_S ^ 2 \ sigma T_S ^ 4 \ pi R_E ^ 2} {4 \ pi D ^ 2} & = \ overline {\ epsilon} 4 \ pi R_E ^ 2 \ sigma T_E ^ 4 \\ T_E ^ 4 & = \ frac {(1- \ alpha) 4 \ pi R_S ^ 2 \ sigma T_S ^ 4 \ pi R_E ^ 2} {\ overline { \ epsilon} 4 \ pi D ^ 2 4 \ pi R_E ^ 2 \ sigma} \\ T_E ^ 4 & = \ frac {(1- \ alpha) R_S ^ 2 T_S ^ 4} {4 \ overline {\ epsilon} D ^ 2} \\ T_E & = \ left (\ frac {(1- \ alpha) R_S ^ 2 T_S ^ 4} {4 \ overline {\ epsilon} D ^ 2} \ right) ^ {\ frac {1} { 4}} \\ T_E & = T_S \ left (\ frac {(1- \ alpha) R_S ^ 2} {4 \ overline {\ epsilon} D ^ 2} \ right) ^ {\ frac {1} {4} } \\ T_E & = T_S \ sqrt {\ frac {R_S \ sqrt {\ frac {1- \ alpha} {\ overline {\ epsilon}}}} {2 D}} \ end {align} $$

Infine dobbiamo solo inserire i valori corretti:

  • $ R_S = 6.96 \ times 10 ^ 8 $ m
  • $ T_S = 5778 $ K
  • $ D = 1.496 \ times 10 ^ {11} $ m
  • $ \ alpha = 0.1054 $ (assumendo il valore della luna)
  • $ \ overline {\ epsilon} = 0,95 $ (assumendo il valore della luna)

Questo ci dà una temperatura di 274,5 K.

Nota che ci sono molti fattori che possono causare variazioni locali e temporali. Ad esempio, la radiazione in entrata varia con la latitudine e la stagione, e se la rimozione dell'atmosfera fosse causata da un sole morente che cresce per inghiottire la terra le temperature sarebbero molto più alte di questa. Tutto sommato, per tenere conto di tutti questi fattori è necessario creare un modello molto ampio in grado di analizzare l'influenza di ciascun fattore, inclusa la diminuzione della temperatura di un sole morente ecc., Ma sarebbe quasi impossibile da costruire se solo per il risorse necessarie per farlo.

Poiché uno dei fattori più contestati è l'albedo dopo la rimozione dell'atmosfera, il grafico seguente mostra come la temperatura media della superficie cambia con l'albedo. A un albedo pari a zero tutta la radiazione solare in arrivo viene assorbita, mentre a 1 tutta la radiazione viene riflessa. Si noti che la temperatura di 0K è un effetto dell'equilibrio assunto tra la radiazione in entrata e quella emessa, che non si manterrà in quel punto. Come detto sopra, l'albedo per una terra nuda sarà di circa 0,1, mentre i valori correnti in media oscillano tra 0,3-0,4, in gran parte contribuito dalle nuvole. Una media per l'albedo della Terra nel suo attuale stato vegetato, ma senza nuvole non sono riuscito a trovare.

Come affermato da @ ardie-j nella sua risposta, un altro possibile destino della Terra potrebbe essere che venga ricoperto di ghiaccio, come un altro evento Snowball Earth. In quel caso l'albedo salirebbe a livelli che vanno da 0,4-0,9, risultando in una Terra drasticamente più fredda.

Black body temperature of earth with albedo

Secondo il tuo link di wikipedia, la temperatura è 254-255 K. Ma l'hai segnalato come 274,5 K. Qualche idea da dove provenga questa discrepanza?
E penso che tu abbia sbagliato nel passaggio finale: nella riga prima, nel denominatore, hai $ (D ^ {2} 4) ^ {\ frac {1} {4}} $, ma quindi viene modificato in $ (D ^ {2} 4) ^ {\ frac {1} {2}} $
@EnergyNumbers Si prega di leggere l'articolo di wikipedia con maggiore attenzione. 254K è la temperatura del CORPO NERO, il valore di 274K che fornisco qui è corretto per l'albedo e l'emissività di una terra nuda senza atmosfera e quindi un valore più realistico della radiazione del corpo nero normale.
in quale sezione di quella pagina di wikipedia si dice che la temperatura è 274.5K (che è quello che dici nella prima riga della tua risposta)?
@EnergyNumbers ha corretto un paio di errori di copia incolla e non dice 274.5K ma 1.36C (un paio di righe sotto i 254K), ma ho preferito usare Kelvin in tutta la mia risposta.
Sì, e cosa dice nel paragrafo successivo dopo?
@EnergyNumbers i valori di 0,3-0,4 sono l'attuale albedo medio della terra per quanto posso vedere, e non per una terra nuda, che sarebbe più vicina a quella della luna. (vedere ad esempio [questo] (http://books.google.nl/books?id=hDt5A2-km_wC&pg=PA102&dq=black+body+albedo+earth&hl=nl&sa=X&ei=id5pU9r-JsPXPN7PgaAC&ved=0CFUQ6AEwBA= black% 20body% 20albedo% 20earth & f = false) o [this] (http://books.google.nl/books?id=Zs1tNgB6sN4C&pg=PA61&dq=black+body+albedo+earth&hl=nl&sa=X&ei=Zt9pU9LeEcaCPEk&hl=it # = onepage & q = black% 20body% 20albedo% 20earth & f = false) link)
Ma la domanda sulla terra non è in assenza di atmosfera, piuttosto che su una nuda terra? Ora, sono d'accordo che c'è un'ambiguità nella domanda a causa di ciò. Credi che valga la pena affrontare esplicitamente questa ambiguità?
@EnergyNumbers Penso che una terra senza atmosfera si trasformerebbe rapidamente in una terra nuda, o non avrebbe mai avuto piante su di essa. Inoltre, gran parte dell'albedo sono causate da nuvole e copertura di ghiaccio, rimuovere l'atmosfera rimuoverebbe per lo meno le nuvole, quindi diminuirà comunque l'albedo e causerà una temperatura più alta, anche se probabilmente è difficile qualificarla.
Sono d'accordo. E l'ambiguità fa una grande differenza, non è vero: 20 Kelvin o giù di lì (e quindi il delta è 13 o 33 Kelvin, che è un'enorme differenza relativa). Ho aggiunto un commento chiedendo all'OP di chiarire la domanda, in modo che possiamo andare in fondo a ciò che vogliono veramente sapere.
E per quanto riguarda la latitudine, non dovresti fornire cifre a una latitudine standardizzata e qual è la differenza min / max in base alla latitudine e alle stagioni?
@winwaed ci sono molti fattori non spiegati in questa risposta, ho aggiunto alcuni commenti su questo, ma se hai una risposta migliore della mia, per favore pubblicala, questo non è wikipedia, come qualcuno ha già detto nella chat ..
+1 Questa è la risposta corretta.
Questa è principalmente una domanda di matematica, ma perché R (E), il raggio della Terra, smette di essere un fattore secondo la formula finale? Sembra che questo sia un fattore importante nella quantità di energia che assorbe, ma sembra che venga annullato 3 passaggi prima della fine. La matematica è un po 'oltre me, qualcuno può spiegare come funziona? Sto cercando di adattare questa equazione per altri pianeti come Marte e Venere, e non sono sicuro di come considerare le loro diverse dimensioni.
Il raggio della terra è davvero importante per l'energia totale assorbita o emessa. Tuttavia la temperatura dipende dall'equilibrio tra i due, e come potete vedere nel passaggio in cui presumo l'equilibrio e quindi equiparo assorbimento ed emissione, il raggio si annulla perché è presente in entrambe le formule allo stesso modo. Nel riscrivere la formula nel secondo passaggio il raggio al quadrato finisce sia nel numeratore che nel denominatore, e quindi non è più rilevante.
#2
+4
Ardie J
2016-09-13 08:48:21 UTC
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Il vero climatologo qui.

La terra sarebbe ricoperta di ghiaccio. Questa è l'unica risposta di cui hai bisogno.

Altri che tentano di calcolare una variazione della temperatura globale sembrano mancare di una comprensione di base di come funziona il sistema globale (i gas serra sono solo un aspetto che controlla la temperatura globale).

Coloro che sembrano pensare che sarebbe fritto o sterile trascurano di capire la differenza tra l'atmosfera e il campo magnetico protettivo terrestre. Se non avessimo campo magnetico, oltre a molti, molti altri problemi, il nostro pianeta friggerebbe indipendentemente dalla presenza e dalla composizione chimica di un'atmosfera. Tuttavia, senza atmosfera e gas a effetto serra, il pianeta si congelerebbe. Con troppi gas serra in altre condizioni climatiche ottimali, assomiglierebbe a Venere.

Per favore, non fidarti di qualcuno che ottiene le sue risposte da Wikipedia. Se preferisci più risorse per i mass media, puoi citare i seguenti articoli: "Snowball Earth" Confermato: Ice Covered Equator (National Geographic, 5 marzo 2010)

In alternativa, può utilizzare più ricerche scientifiche: La terra palla di neve aveva un oceano di granita? (NASA GIS, ottobre 2002)

Nessuna atmosfera = Terra palla di neve.

Grazie per la tua risposta, data la natura ipotetica della domanda è possibile un'ampia gamma di risposte. Rimango ancora fedele alla mia risposta che si trasformerebbe in una terra nuda, anche se in realtà si basa sull'ipotesi nascosta che anche il campo magnetico sia scomparso. Espanderò la mia risposta per includere questa ipotesi, poiché penso che sia più ragionevole che l'atmosfera sia stata spazzata via dalla mancanza di protezione magnetica piuttosto che perché è semplicemente scomparsa. Inoltre, se il ghiaccio fosse effettivamente ricoperto di terra, ciò si adatta ancora alla mia risposta, anche se con un albedo più alto, che è accomodato nella trama.
I link che fornisci non supportano la tua ipotesi. Potete fornire altre fonti o elaborare nella vostra risposta perché la mancanza di gas serra si traduce in una copertura globale di neve / ghiaccio?
Se non avessimo atmosfera ma avessimo ancora un oceano (che tu implichi dicendo che la terra sarà bloccata nel ghiaccio), allora perché il riscaldamento solare non creerebbe un'atmosfera di vapore acqueo? Inoltre, il secondo collegamento prevede la riduzione della produzione solare del 4%; questo non fa parte della dichiarazione del problema dell'OP. Il tuo argomento sembra avere molti buchi e poche prove.
L'assenza di atmosfera implica l'assenza di acqua poiché la pressione del vapore del ghiaccio e dell'acqua liquida è maggiore di zero. L'assenza di acqua implica l'assenza di ghiaccio. ;-)
#3
-3
Emil Junvik
2017-05-06 01:22:59 UTC
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La luce solare è 393 Kelvin. La terra è irradiata a metà della superficie che emette la radiazione. E la radiazione viene assorbita in un volume sferico. Quindi: $ ((σ393 ^ 4 / (4/3)) / 2 = 510 W / m ^ 2 $ o 308 Kelvin (32 gradi Celsius).

Hai una fonte per "La luce solare è 393 Kelvin". Sembra un'affermazione strana.
La luce solare nella parte superiore dell'atmosfera è di 1361 W / m ^ 2. Usa l'equazione di Stefan-Boltzmann per trovare la temperatura: σ = 0,0000000567> $ σ393 ^ 4 = 1361 $> prendi la quarta radice di 1361 / 0,0000000567
Come possono le persone sottovalutare un calcolo del trasferimento radiativo e della geometria più semplici. Non è un singolo errore in quel calcolo. Mente da capogiro
@Emil "How can people downvote .." .Questo è un forum online, non ci sono titoli di accesso, puoi usare sciocchezze matematiche e scientifiche qui e solo alcune di queste saranno indicate, puoi affermare di essere un vero scienziato del clima qui o un ragazzo della NASA e nessuno saprà che sei solo uno scellino pagato, puoi avere opinioni religiose e fingere che siano scienza, puoi essere qui per ragioni politiche, per promuovere un'agenda, puoi essere stupido e fingere il contrario ma la maggior parte cosa importante, amico mio qui su Stack Exchange PUOI mentire e molto spesso trovi anche amici bugiardi!
Emil Junvik, sei molto confuso. La luce solare non ha una "temperatura". La luce solare ha uno spettro che è caratteristico della sorgente emittente, che è la fotosfera del sole. La temperatura media è di 5.777 K (5.504 ° C), ma non è in alcun modo da considerare "la temperatura della" luce solare. TSI (circa 1361 W / m²) è completamente diverso. È una funzione della distanza della Terra dal Sole e dell'intensità della luce emessa dal Sole.
Il potere alla luce del sole è il potere di emissione del sole, alla distanza in cui si trova la terra. Viene calcolato come un'espansione della sfera del sole e l'equivalente matematico di una superficie emittente con la temperatura calcolata dal potere emissivo. O pensi che l'equazione s-b non possa essere utilizzata per trovare la temperatura alla luce del sole? Lo facciamo sempre per la Terra. Se trovi difficile capire, converti semplicemente le temperature sulla terra in potenza emissiva e usa la costante solare.
Emil Junvik, potresti rileggere solo la prima riga del commento di Dave Burton. eccolo di nuovo "La luce del sole non ha una" temperatura "".


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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