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(2) Entstehung der Erde Klima- und Umweltveränderungen Klima 29.

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Präsentation zum Thema: "(2) Entstehung der Erde Klima- und Umweltveränderungen Klima 29."—  Präsentation transkript:

1 (2) Entstehung der Erde Klima- und Umweltveränderungen Klima 29

2 Sternentstehung – Staub Die Sombrero-Galaxie sehen wir von der Seite – hier wir deutlich, dass Spiralgalaxien große Mengen an Staub enthalten – allerdings in sehr geringer Konzentration (Bild: R. Colombari). Klima 30

3 Sternentstehung im Adlernebel – ein Blick in unsere Vergangenheit Dunkelwolken aus Staub und Wasserstoffgas im Adlernebel M16 (~7 000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schlange), umgeben von jungen, leuchtkräftigen Sternen (Quelle: HST). Die sogenannten protostellaren Wolken am Oberrand der Gas- und Staubsäule (jede größer als unser Sonnensystem) sind Orte der Stern- entstehung – wie bei der Sonne vor ~4.6 Mrd. J. Klima 31

4 Sternenentstehung Das ganze Leben eines Sterns ist durch einen Kampf der Strahlung gegen die Gravitation geprägt. Bei der Sternentstehung wechseln Phasen, in denen das Gas unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert und die Dichte schnell steigt, mit Gleichgewichtsphasen, in denen die Temperatur und damit der innere Druck stark anwachsen und der Gravitation entgegenwirken (Ralf Launhardt, SdW 08/2013). Klima 32

5 Sternenentstehung im Orionnebel Der Orionnebel M42, Lichtjahre entfernt, enthält etwa 700 junge Sterne (IR Bild) und mindestens 150 protostellare Wolken. Einige verdampfen in der intensiven UV-Strahlung der vier hellen Sterne, die das „Trapez“ bilden. Bsp. 5 zeigt die Seitenansicht einer Akkretionsscheibe. 1AU (Astronomical unit) ist dabei Mio. km, die mittlere Entfernung Erde – Sonne Quelle: HST. IR Klima 33

6 Dunkelwolken Sterngeburt in NGC3603 Carina Nebel NGC3372 Trifid Nebel M20 Junge Sterne in NGC4214NGC604 in der Galaxie M33Lagunennebel M8 Klima 34

7 Sternhaufen (1) Offener Sternhaufen aus jungen Sternen: Die Plejaden (Bild: R. Gendler) Klima 35

8 Sternhaufen (2) Offener Sternhaufen in NGC 602 (Bildquelle: HST) Klima 36

9 Kernfusion Im Inneren der Sterne wird Energie durch Kernfusion freigesetzt. Im Fall der Sonne werden je 4 Wasser- stoffkerne (Protonen) zu einem Heliumkern verschmolzen („Wasserstoffbrennen“). Das Helium sammelt sich im Zentrum als „Schlacke“. Später werden im Zentrum auch Temperaturen erreicht, bei denen das „Heliumbrennen“ beginnt, dabei wird Kohlenstoff gebildet. In roten Überriesen laufen in konzentrischen Schalen gleichzeitig verschiedene Fusionsprozesse ab, bei denen alle Elemente bis zum Eisen entstehen. Klima 37

10 Lebenserwartung Klima 38 Die Sonne wird noch weitere ~5 Milliarden eine ruhiges „Hauptreihen-Leben“ führen, bevor es zum Schalenbrennen und damit zum Aufblähen zu einem Roten Riesen kommt. Die Erde wird aber schon wesentlich früher unbewohnbar. Durch die Temperatur-Zunahme im Kern nimmt auch die Leuchtkraft der Sonne zu – allerdings nur um etwa 0.7 % in 100 Millionen Jahren. Dadurch wird die Erde in etwa 500 Millionen Jahren für Menschen unbewohnbar sein (Ralf Launhardt, SdW 08/2013).

11 Sterbende Sterne (1) Planetarischer Nebel NGC6543 „Egg Nebula“ CRL2688„Eskimo“ Nebel NGC6392 Planetarische Nebel (1) Am Ende des Lebens eines Roten Riesen werden die äußeren Schichten des Sterns abgestoßen und umgeben den Sternenrest mit einer Schale aus Staub und Gas, die das interstellare Medium mit schweren Elementen anreichert. Die Hülle wird von dem Sternenrest durch UV-Strahlung zum Leuchten angeregt. In kleinen Fernrohren sehen diese Objekte wie kleine Planetenscheiben aus – daher der Name. Klima 39 Alle Bilder: HST

12 Sterbende Sterne (2) Helix Nebel NGC7293 Ringnebel M47Planetarischer Nebel IC418 Planetarische Nebel (2) Planetarischer Nebel NGC6751 Klima 40 Alle Bilder: HST

13 Sterbende Sterne (3) Überreste eines Supernova– Ausbruchs im Sternbild Schwan Krebsnebel M1Supernova 1987A in der LMC Supernovae Als Supernova bezeichnet man den gigantischer Ausbruch eines massereichen Sterns nach dem Zusammenbruch (Kollaps) durch seine eigene Gravitationskraft. Während des Höhepunkts des Helligkeitsausbruchs kann eine Supernova die Leuchtkraft einer ganzen Galaxie übertreffen. Die äußeren Schichten werden abgestoßen, während der Rest zu einem Neutronenstern oder zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Alle Elemente die schwerer als Eisen sind, wurden bei Supernova–Ausbrüchen erzeugt (die schwersten, wie Gold und Uran vermutlich sogar bei Kollisionen von binären Neutronen-Sternen). Klima 41 Alle Bilder: HST

14 Planetenentstehung – Akkretionsscheibe Klima 42 Die Bildung von erdähnlichen Planeten war erst möglich, nachdem sterbende Sterne das interstellare Medium mit schweren Elementen angereichert hatten. Rotierende Gas- u. Staubwolken kon- trahieren zu Akkretionsscheiben. Nur in der Äquatorebene der Scheibe können Gravitations- und Fliehkraft einander die Waage halten. In der Akkretionsscheibe bilden sich Protoplaneten (Quelle: Nature).

15 Planetenentstehung – Planetesimale Klima 43 Links: Akkretionsscheibe um HL Tauri (Bild: ESO). Oben: Planetesimale in einer Akkretionsscheibe (Illustration: GEO). Durch Kollision der Planetesimale entstehen Protoplaneten.

16 Planetenentstehung – Scheibenwelt Fomalhaut liegt, 25 Lj von der Erde entfernt, im Sternbild südlicher Fisch und ist einer der hellsten Sterne am Nachthimmel. Er wird von einer Staubscheibe umgeben, in der es einen auffälligen Ring gibt (Bildquelle: HST), dessen Zentrum nicht mit dem Zentralstern zusammenfällt – Ein deutlicher Hinweis auf einen Planeten. Klima 44

17 Das Sonnensystem Neptun Uranus Saturn Jupiter Gasplaneten, jeweils gleicher Maßstab Terrestrische Planeten Mars Mond Erde Venus Merkur Mars Venus Erde GanymedTitanMerkur Io Kallisto MondEuropaTritonPluto Erde Klima 45

18 Mondentstehung – Riesenimpakt Computersimulationen zur Mondentstehung: Zwei schon differenzierte Protoplaneten prallen aufeinander. Beim zweiten Aufprall (9-16) verbleibt der überwiegende Teil des Eisenkerns (blau) beim größeren Körper (Erde). Das ausgeschleuderte Mantelmaterial (rot) bildet eine Akkretionsscheibe um die Erde und schließlich den Mond. Der Mond ist sehr ähnlich aufgebaut wie der Erd- mantel, das spricht für ein Entstehung in der gleichen Region des Urnebels. Der Eisenkern ist allerdings wesentlich kleiner als der der Erde und der Mond ist sehr arm an flüchtigen Substanzen. Die Gesamtheit Der Befunde kann nur mit der Impakttheorie zufrieden- stellend erklärt werden. Klima 46

19 Mondentstehung – Riesenimpakt Klima 47 Riesenimpakt (Bildquelle: GEO). Für etwa eine Stunde leuchtete die Erde heller als die Sonne.

20 Entstehungszeit Klima 48 Nach aktuellem Wissensstand kondensierten die ersten (größeren) festen Bestandteile des Sonnen- systems vor Millionen Jahren aus dem solaren Urnebel (mit einer Unsicherheit von nur etwa 2 Millionen Jahren). Rechts: Ca/Al-reicher Einschluss des Allende-Meteoriten mit etwa 1 cm Durch- messer (~ ältestes datiertes Material). Innerhalb von nur etwa Jahren entstanden die ersten „Planeten-Embryos“. Nach etwa 10 Mio. J. war die Proto-Erde schon zu etwa 2/3 „fertig“. Nach 30 Mio. J. war die Akkretion praktisch abgeschlossen, die Proto-Erde (Gaia) war vollständig differenziert. Nach der Kollision mit einem Protoplaneten von der Größe des Mars (Theia) entstand zu diesem Zeitpunkt das Doppelsystem Erde-Mond. Alle Zeitangaben beruhen auf radiometrischer Datierung.

21 Bildung der Erdkruste Erstarrendes Magma im Lavasee des Erta Ale (Äthiopen) als „Modell“ für die Bildung der ersten Erdkruste. Nur auf der Erde entwickelte sich die Plattentektonik. Klima 49 Durch den Riesenimpakt wurde die Erde bis in große Tiefen aufgeschmolzen. Die Oberfläche kühlt langsam ab, es bildet sich eine erste Erdkruste, die aber durch Impakte immer wieder zerrissen wird (Quelle: GEO).

22 Narben der Planetenentstehung Krater mit ~ 80 km Durch- messer auf der Rückseite des Mondes (Apollo 11). Unmittelbar nach ihrer Entstehung waren die jungen Planeten einem heftigen Bombardement von übriggebliebenen Planetesimalen (Asteroiden, Meteoriten und Kometen) ausgesetzt. Auf den Planeten und Monden ohne Atmosphäre (wie z.B. Erdmond – links und Merkur – rechts) sind die Spuren dieser Einschläge noch heute deutlich sichtbar. Diese Einschläge lieferten aber auch Teile des Wassers der Ozeane und organische Verbindungen. Die „Meere“ des Mondes sind Spuren der heftigsten Impakte. Klima 50

23 Narben der Planetenentstehung Das Südpol- Aitken Becken auf der (für uns unsichtbaren) Rückseite des Mondes hat einen Durch- messer von etwa km. Klima 51 Quelle: NASA Quelle: GEO

24 Narben der Planetenentstehung Vesta (573 km × 557 km × 446 km) ist der zweitgrößte Asteroid im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter (Pallas ist ein bisschen größer, hat aber eine geringere Masse; Ceres ist noch größer, wird aber als Zwergplanet geführt (annähernd kugelförmig, Äquatordurchmesser 963 km)). Vesta ist differenziert und hat einen Eisenkern. Am Südpol ist ein riesiger Krater – Rheasilvia – mit 505 km Durchmesser (!) und einem 23 km hohen Zentralberg (!). Quelle: NASA Klima 52

25 Tschurjumow-Gerassimenko (~4 km x 4.5 km, besser bekannt als “Tschuri”) ist ein (erwachter) Kometenkern. Er wird derzeit von der Europäischen Rosetta Mission besucht, die mit Philae sogar eine Landung geschafft hat (Bilder: ESA). Bausteine des Planetensystems Klima 53

26 Planetesimale auf Kollisionskurs Am explodierte ein gerade einmal 17 m großer Meteoroid über dem Ural – mit der etwa 30fachen Energie der Hiroshima-Bombe (Bilder: Alex Alishevskikh, Velentin Kazako, RMES). Klima 54


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