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

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1 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

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

3 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)

4 Composizione chimica dell’atmosfera CO 2 96,5% N 2 3,5% SO 2 150 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)

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

6 (Source NOAA)

7 Bulk parameters Venus Earth Ratio (V/E) Mass (1024 kg)4.8676 5.9726 0.815 Volume (1010 km3) 92.843 108.321 0.857 Equatorial radius (km) 6051.8 6378.1 0.949 Polar radius (km) 6051.8 6356.8 0.952 Volumetric mean radius (km) 6051.8 6371.0 0.950 Ellipticity (Flattening) 0.000 0.00335 0.0 Mean density (kg/m3) 5243 5514 0.951 Surface gravity (eq.) (m/s2) 8.87 9.80 0.905 Surface acceleration (eq.) (m/s2) 8.87 9.78 0.907 Escape velocity (km/s) 10.36 11.19 0.926 GM (x 106 km3/s2) 0.3249 0.3986 0.815 Bond albedo 0.90 0.306 2.94 Visual geometric albedo 0.67 0.367 1.83 Visual magnitude V(1,0) -4.40 -3.86 - Solar irradiance (W/m2) 2613.9 1367.6 1.911 Black-body temperature (K) 184.2 254.3 0.724 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: 43.45 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

8 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

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

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

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

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

13 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

14 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

15 K IR T init (K) 5·10 -5 300 5,31·10 -4 435 1,3·10 -2 565 14,13630 Risultato: forte aumento del K IR  Temperatura finale > 1000 K

16 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

17 Bibliografia - Past and future climate W. H. Freeman; 2nd edition (October 12, 2007) Siti internet -ENS Lyon www.acces.ens-lyon.frwww.acces.ens-lyon.fr -Pearson 2005 Prentice hall -USGS official web site http://www.usgs.gov/http://www.usgs.gov/ -NOAA official website http://www.crh.noaa.gov/fsd/?n=venushttp://www.crh.noaa.gov/fsd/?n=venus -Dispense_radiazione corso clima e paleoclima. Prof.Capraro (Università di Padova) -Nasa official website http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Venus http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Venus

18 Paesaggio Venusiano

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