¿Por qué Urano y Neptuno tienen más metano que Júpiter y Saturno?

¿Por qué Urano y Neptuno tienen más metano que Júpiter y Saturno?

Es una combinación de ecuaciones de estado ( EOS ), serpentinización y mezcla (rotacional y convectiva) que favorece la preferencia por algunas reacciones (y los compuestos resultantes) sobre otras.

Consulte las referencias a continuación.

Los planetas gigantes son en su mayoría hidrógeno y helio, pero Urano y Neptuno tienen cantidades relativamente grandes de compuestos de hidrógeno como el metano (eso es lo que les da su color).

Júpiter y Saturno son gigantes gaseosos , Urano y Neptuno son gigantes de hielo .

Mi pregunta es ¿por qué sucedió eso? ¿Cómo obtuvieron Urano y Neptuno su metano? Mi impresión es que todos los gigantes gaseosos estaban lo suficientemente lejos como para que el metano se condensara en hielo, entonces, ¿cómo terminaron Urano y Neptuno preferentemente con metano?

Ver " Atmósfera extraterrestre " de Wikipedia :

^{Gráficos de la velocidad de escape frente a la temperatura de la superficie de algunos objetos del Sistema Solar que muestran qué gases se retienen. Los objetos están dibujados a escala y sus puntos de datos están en los puntos negros en el medio. Los datos se basan en la " Clase 5: Descripción general del sistema solar, materia en equilibrio termodinámico " y " Preguntas frecuentes de Stargazer: ¿cómo se mantienen exactamente las atmósferas? ".}

Wikipedia dice poco sobre la atmósfera de estos planetas, y menos sobre Urano y Neptuno:

• Atmósfera de Júpiter :

  "No hay nubes de metano porque las temperaturas son demasiado altas para que se condense". - Fuente: " Las nubes de amoníaco de Júpiter, ¿localizadas o ubicuas? " (9 de abril de 2004), por SKAtreya, ASWong, KHBaines, MHWong y TCOwen.

  Citas del periódico:

  Página 502: "Para la producción de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), la química comienza con la destrucción del metano (CH$_4$) por fotones UV solares en$\lambda \le$160 nm, lo que finalmente conduce a la formación de benceno ($c$-C$_6$H$_6$, o un$_1$) y otros hidrocarburos complejos (Fig. 3). En las regiones aurorales polares donde las partículas energéticas también descomponen el metano, la química iónica se vuelve dominante en la producción de benceno e hidrocarburos pesados ​​(Wong et al., 2003, y Fig. 3)".

• Atmósfera de Saturno :

  "La radiación ultravioleta del Sol provoca la fotólisis del metano en la atmósfera superior, lo que lleva a una serie de reacciones químicas de hidrocarburos con los productos resultantes arrastrados hacia abajo por remolinos y difusión. Este ciclo fotoquímico está modulado por el ciclo estacional anual de Saturno". - Fuente: " Distribución de etano, acetileno y propano en la estratosfera de Saturno a partir de las observaciones del limbo de Cassini/CIRS " (noviembre de 2008), por S. Guerlet, T. Fouchet y B. Bézard.

  Citas del periódico:

  Página 406: " Método 3

  Usamos un modelo de transferencia radiativa línea por línea para calcular los espectros sintéticos. Incluía opacidad de CH$_4$, CH$_3$D, C$_2$H$_6$, C$_2$H$_2$, C$_3$H$_8$, C$_3$H$_4, C$_4$H$_2 y opacidad inducida por colisión de H2-He y H2-H2. La rejilla atmosférica consistía en [de] 360 capas de 10 bar a 10−8 bar. Se combinó con un algoritmo de inversión iterativo adaptado de Conrath et al. (1998), para recuperar el estado atmosférico (temperatura, perfiles verticales de hidrocarburos) a partir de los espectros medidos.

  Como la intensidad de una emisión molecular depende tanto de su abundancia como de su temperatura, procedimos en dos pasos. Primero, recuperamos el perfil vertical de temperatura de la banda de emisión de metano ν4 a 1305 m$^{−1}$(asumiendo que se mezcla uniformemente con un vmr de 4.5 x10$^{−3}$(Flasar et al. 2005)), proporcionando información en el 1 mbar - 2$\mu$región de la barra.

  ...

  La Figura 1 muestra un ejemplo de una comparación entre las bandas de emisión sintética y observada de etano, acetileno y propano a dos niveles de presión dados (los diferentes niveles de presión probados por CIRS no se han trazado en aras de la claridad) y la Figura 3 corresponde perfiles recuperados".

Lo que eso significa es que las condiciones favorecen compuestos más complejos que el metano, consulte los comentarios anteriores sobre "ecuaciones de estado".

• Atmósfera de Urano y Neptuno :

  "Las capas exteriores gaseosas de los gigantes de hielo tienen varias similitudes con las de los gigantes gaseosos. Estos incluyen vientos ecuatoriales de larga duración y alta velocidad, vórtices polares, patrones de circulación a gran escala y procesos químicos complejos impulsados ​​por la radiación ultravioleta desde arriba. y mezclándose con la atmósfera inferior.

  Estudiar el patrón atmosférico de los gigantes de hielo también brinda información sobre la física atmosférica. Sus composiciones promueven diferentes procesos químicos y reciben mucha menos luz solar en sus órbitas distantes que cualquier otro planeta del Sistema Solar (aumentando la relevancia del calentamiento interno en los patrones climáticos)".

Hojas informativas de la NASA - Composición atmosférica (por volumen, incertidumbre entre paréntesis):

• Júpiter

  • Principal: Hidrógeno molecular (H$_2$) - 89,8% (2,0%); Helio (He) - 10,2% (2,0%)

  • Menor (ppm): Metano (CH$_4$) - 3000 (1000); Amoníaco (NH$_3$) - 260 (40); deuteruro de hidrógeno (HD) - 28 (10); Etano (C$_2$H$_6$) - 5,8 (1,5); Agua (H$_2$O) - 4 (varía con la presión)

  • Aerosoles: hielo de amoníaco, hielo de agua, hidrosulfuro de amoníaco

• Saturno

  • Principal: Hidrógeno molecular (H$_2$) - 96,3% (2,4%); Helio (He) - 3,25% (2,4%)

  • Menor (ppm): Metano (CH$_4$) - 4500 (2000); Amoníaco (NH$_3$) - 125 (75); deuteruro de hidrógeno (HD) - 110 (58); Etano (C$_2$H$_6$) - 7 (1.5)

  • Aerosoles: hielo de amoníaco, hielo de agua, hidrosulfuro de amoníaco

• Urano

  • Principal: Hidrógeno molecular (H$_2$) - 82,5% (3,3%); Helio (He) - 15,2% (3,3%) Metano (CH$_4$) - 2,3%

  • Menor (ppm): deuteruro de hidrógeno (HD) - 148

  • Aerosoles: hielo de amoníaco, hielo de agua, hidrosulfuro de amoníaco, hielo de metano (?)

• Neptuno

  • Principal: Hidrógeno molecular (H$_2$) - 80,0% (3,2%); Helio (He) - 19,0% (3,2%); Metano (CH$_4$) 1,5% (0,5%)

  • Menor (ppm): deuteruro de hidrógeno (HD) - 192; Etano (C$_2$H$_6$) - 1.5

  • Aerosoles: hielo de amoníaco, hielo de agua, hidrosulfuro de amoníaco, hielo de metano (?)

Referencias adicionales:

" Metano en el Sistema Solar " en inglés, (Bol. Soc. Geol. Mex [online]. 2015, vol.67, n.3, pp.377-385.), de Andrés Guzmán-Marmolejo y Antígona Segura.

" Producción abiótica de metano en planetas terrestres " (Astrobiología. Junio ​​de 2013; 13(6): 550–559), por Andrés Guzmán-Marmolejo, Antígona Segura y Elva Escobar-Briones.

" Cltratos de metano en el sistema solar " (Astrobiology. 2015 Apr;15(4):308-26), por Mousis O, Chassefière E, Holm NG, Bouquet A, Waite JH, et al.

NASA - " Los científicos modelan una cornucopia de planetas del tamaño de la Tierra " (24 de septiembre de 2007).