L’effetto serra sul pianeta Venere Laureando: Francesco Valentinuzzi (Nasa copyright) Relatore : Prof. Luca Capraro Università degli Studi di Padova Corso di Laurea Triennale in Scienze Geologiche

Introduzione I. Il clima venusiano II. Studio dell’effetto serra su Venere III. Dinamica ed effetti del runaway greenhouse Conclusioni

Introduzione  Venere : il pianeta più caldo del sistema solare (~470°C)  Stessa composizione chimica iniziale della Terra  Attualmente, l’atmosfera è molto diversa da quella terrestre  Processo dominante: un inarrestabile effetto serra (runaway greenhouse) (Source : NASA, 2014)

Composizione chimica dell’atmosfera CO 2 96,5% N 2 3,5% SO ppm Ar70 ppm H 2 O20 ppm Pressione: 92 bar Temperatura: media : 735 K minima : 719 K massima : 763 K  Quasi assenza di acqua nell’atmosfera e sulla crosta I. Il clima venusiano Foto delle missioni Venera (Source : astrnomie.be)

Temperatura Evaporazione Effetto serra +  Vicinanza di Venere al Sole  Evaporazione degli oceani  Inizio dei feedback  effetto serra galoppante Effetto serra galoppante

(Source NOAA)

Bulk parameters Venus Earth Ratio (V/E) Mass (1024 kg) Volume (1010 km3) Equatorial radius (km) Polar radius (km) Volumetric mean radius (km) Ellipticity (Flattening) Mean density (kg/m3) Surface gravity (eq.) (m/s2) Surface acceleration (eq.) (m/s2) Escape velocity (km/s) GM (x 106 km3/s2) Bond albedo Visual geometric albedo Visual magnitude V(1,0) Solar irradiance (W/m2) Black-body temperature (K) Venus Atmosphere Surface pressure: 92 bars Surface density: ~65. kg/m3 Scale height: 15.9 km Total mass of atmosphere: ~4.8 x 1020 kg Average temperature: 737 K (464 C) Mean molecular weight: g/mole Atmospheric composition (near surface, by volume): Major: 96.5% Carbon Dioxide (CO2), 3.5% Nitrogen (N2) Minor (ppm): Sulfur Dioxide (SO2) - 150; Argon (Ar) - 70; Water (H2O) - 20; Carbon Monoxide (CO) - 17; Helium (He) - 12; Neon (Ne) - 7  Base di partenza: modifica dei parametri orbitali di Venere  Temperatura iniziale: 300 K K IR = 5·10 -5 = K IR terrestre  Quale sarà l’evoluzione del clima? Simulazione numerica

1)2) 3) Simulazioni con incremento di T iniziale:  temperature troppo basse, e in seguito il sistema si raffredda  Imponendo K IR = 5·10 -5 (Terra), non si ottiene la temperatura attuale misurata su Venere

T min mod = 603 K < 719 K (reale) T med mod = 660 K < 735 K (reale) T max mod = 678 K < 763 K (reale)

II. Studio dell’effetto serra su Venere  Si realizzano varie simulazioni aumentando il coefficente K IR  Conseguenza: aumento di T alla superficie

Evoluzione dell’Outgoing Longwave Radiation (OLR) K IR =5·10 -5 K IR =5·10 -3 K=5·10 -1 K IR =1

Aumento dei flussi emessi dalla superficie  Legge di Stefan-Boltzmann : M superfice = σT S 4

Evoluzione dell’OLR e dei flussi emessi dalla superfice K IR =5·10 -5 K IR =5·10 -4 K IR =5·10 -3 K IR =5·10 -2 K IR =5·10 -1 K=1

III. Dinamica ed effetti del runaway greenhouse Le simulazioni precedenti non sono dinamiche: bisogna considerare la retroazione sul K IR Due ipotesi:1) l’atmosfera è satura in vapore acqueo 2) si considera che la pressione iniziale su Venere= pressione attuale Equazione di Clausius-Clapeyron : P sat ≈ r sat = 0,622 (P sat /P Venere ) con P Venere = 92 bar K IR = r sat · K con K = 3·10 -3 m 2 ·kg -1

K IR T init (K) 5· ,31· ,3· ,13630 Risultato: forte aumento del K IR  Temperatura finale > 1000 K

Conclusioni  Importanza dell’effetto serra sul clima venusiano  L’effetto serra ci permette di comprendere la temperatura attuale su Venere  Limite del modello: niente erosione atmosferica (fotodissociazione dell’acqua), quindi niente equilibrio

Bibliografia - Past and future climate W. H. Freeman; 2nd edition (October 12, 2007) Siti internet -ENS Lyon -Pearson 2005 Prentice hall -USGS official web site -NOAA official website -Dispense_radiazione corso clima e paleoclima. Prof.Capraro (Università di Padova) -Nasa official website

Paesaggio Venusiano

Venere Grazie a Florence, i miei genitori, Lucas e i miei amici