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Escape and fractionation of volatiles and noble gases from Mars-sized planetary embryos and growing protoplanets.

Odert, Petra und Lammer, Helmut und Erkaev, N. V. und Nikolaou, Athanasia und Lichtenegger, H.I.M. und Johnstone, Colin und Kislyakova, K. G. und Leitzinger, M. und Tosi, Nicola (2018) Escape and fractionation of volatiles and noble gases from Mars-sized planetary embryos and growing protoplanets. Icarus, 307, Seiten 327-346. Elsevier. doi: 10.1016/j.icarus.2017.10.031. ISSN 0019-1035.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103517301677

Kurzfassung

Planetary embryos form protoplanets via mutual collisions, which can lead to the development of magma oceans. During their solidification, significant amounts of the mantles’ volatile contents may be outgassed. The resulting H2O/CO2 dominated steam atmospheres may be lost efficiently via hydrodynamic escape due to the low gravity of these Moon- to Mars-sized objects and the high stellar EUV luminosities of the young host stars. Protoplanets forming from such degassed building blocks after nebula dissipation could therefore be drier than previously expected. We model the outgassing and subsequent hydrodynamic escape of steam atmospheres from such embryos. The efficient outflow of H drags along heavier species like O, CO2, and noble gases. The full range of possible EUV evolution tracks of a young solar-mass star is taken into account to investigate the atmospheric escape from Mars-sized planetary embryos at different orbital distances. The estimated envelopes are typically lost within a few to a few tens of Myr. Furthermore, we study the influence on protoplanetary evolution, exemplified by Venus. In particular, we investigate different early evolution scenarios and constrain realistic cases by comparing modeled noble gas isotope ratios with present observations. Isotope ratios of Ne and Ar can be reproduced, starting from solar values, under hydrodynamic escape conditions. Solutions can be found for different solar EUV histories, as well as assumptions about the initial atmosphere, assuming either a pure steam atmosphere or a mixture with accreted hydrogen from the protoplanetary nebula. Our results generally favor an early accretion scenario with a small amount of residual hydrogen from the protoplanetary nebula and a low-activity Sun, because in other cases too much CO2 is lost during evolution, which is inconsistent with Venus’ present atmosphere. Important issues are likely the time at which the initial steam atmosphere is outgassed and/or the amount of CO2 which may still be delivered at later evolutionary stages. A late accretion scenario can only reproduce present isotope ratios for a highly active young Sun, but then unrealistically massive steam atmospheres (few kbar) would be required.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/113937/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Escape and fractionation of volatiles and noble gases from Mars-sized planetary embryos and growing protoplanets.
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Odert, Petrapetra.odert (at) oeaw.ac.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lammer, Helmutspace research institute, austrian academy of sciences, graz, austria.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Erkaev, N. V.institute for computational modelling, krasnoyarsk, russian federationNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nikolaou, Athanasiaathanasia.nikolaou (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lichtenegger, H.I.M.Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Graz, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johnstone, ColinUniversity of Vienna, Department of AstrophysicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kislyakova, K. G.University of Vienna, Department of AstrophysicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leitzinger, M.insitute for physics, graz, austriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2018
Erschienen in:Icarus
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:307
DOI:10.1016/j.icarus.2017.10.031
Seitenbereich:Seiten 327-346
Verlag:Elsevier
ISSN:0019-1035
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Atmospheres, evolution, Solar radiation, Planetary formation
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Nikolaou, Athanasia
Hinterlegt am:10 Nov 2017 12:30
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:49

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