Si la Tierra dejara el sistema solar por el espacio interestelar. ¿Cuánto tiempo tardaría la atmósfera en congelarse?

la Tierra está emitiendo radiación térmica correspondiente a su temperatura, y perdiendo energía (y disminuyendo la temperatura) de esta manera. Normalmente, este es cancelado - todos los días o todos los años - por la energía proveniente del Sol. El segundo término estaría ausente en su experimento mental.

Entonces, esos 342 Watts por metro cuadrado en promedio provenientes del Sol (más precisamente, solo 250 más o menos porque una parte se refleja sin ninguna transformación de la forma de energía de todos modos, así que es como si no viniera en absoluto) desaparecería del presupuesto. Uno necesita estimar la capacidad calorífica de la atmósfera y las capas relevantes del océano que son capaces de calentar la atmósfera por encima de ella por un tiempo. Pero no necesitas ser tan sofisticado. Es suficiente mirar la realidad del clima: números que todos conocen.

En el clima continental, pasar del día a la noche hace descender la temperatura de la atmósfera en 1 grado centígrado de media (la nubosidad hace que la diferencia entre el día y la hora sea menor; los cielos soleados la hacen mayor). Debido a que lo que dice es solo una noche permanente, esta tasa de enfriamiento simplemente continuaría y continuaría. Entonces, la tasa inicial sería un enfriamiento de 1 grado por día más o menos; sería más lento sobre el océano.

A medida que la temperatura de la Tierra descendiera, la radiación descendería como la cuarta potencia de la temperatura absoluta (en grados Kelvin). La atmósfera se volvería más fría, parcialmente condensada (si no congelada) y mucho más delgada. Entonces, una vez que la temperatura absoluta disminuyó en un 20 por ciento (observe que$1.2^4$es igual a 2 más o menos) o alrededor de 50 grados centígrados, la tasa de enfriamiento se reduciría a la mitad de la original. De todos modos, necesitas unos meses para llegar a menos 50 grados o algo así. El océano seguiría oscilando durante mucho tiempo y trataría de derretir la atmósfera más delgada justo encima de él, al igual que la circulación del agua debajo del hielo en un estanque. Tenga en cuenta que la circulación oceánica profunda tarda unos 1.500 años.

Por supuesto, el océano no se congelaría durante mucho tiempo. Pero eso ya es una pregunta diferente. No hace falta decir que el calor casi no llega debajo de la tierra firme: kilómetros debajo de las rocas, no se darían cuenta de que el Sol se ha ido durante miles de años o mucho más.

Mis mejores deseos Lubos

Si de repente pudiera colocar una gran pantalla entre la Tierra y el Sol, la tasa inicial de pérdida de energía sería igual a la entrada total de energía solar:

Dónde$\alpha$es el albedo medio, que Wolfram pone en$0.37$, el flujo es$F = 1400\frac{\text{W}}{\text{m}^2}$, y el radio de la Tierra es$R_e = 6.4 \times 10^6\text{ m}$, Yo obtengo$7 \times 10^{16} W$.

Ahora, la atmósfera se acumula aproximadamente$5 \times 10^{18}\text{ kg}$(Wolfram de nuevo), y la capacidad calorífica del gas nitrógeno es$c_p = 30 \frac{\text{J}}{\text{mol K}} = 1070 \frac{\text{J}}{\text{kg K}}$. Así que el enfriamiento inicial estará alrededor$1.3 \times 10^{-5}\text{ K/s}$, o alrededor de un Kelvin por día. Esa tasa se reducirá a la cuarta potencia de la temperatura (¡use unidades absolutas!).

Cosas que quedaron sin considerar:

• He descuidado los océanos y el calor geotérmico. Ambos efectos ralentizarán las cosas, el océano considerable, la geotermia, no tanto. También hay una gran cantidad de calor en la propia roca, pero la roca es un aislante mucho mejor que el agua, por lo que tendrá un efecto menor a corto plazo. Aún así, diríjase a una mina o cueva profunda para mantenerse caliente, ¡y tenga cuidado con la brecha del pozo de la mina !
• El calor de vaporización del vapor de agua y los calores de fusión del agua líquida y el dióxido de carbono ralentizarán las cosas mientras ocurren las transiciones de fase. Habrá otras transiciones de fase más adelante, pero no importarán a los cadáveres congelados...
• He usado una aproximación de cuerpo negro que seguramente no es exacta, pero debería servir para nuestros propósitos.

Como dice Omega en los comentarios, todos estos factores son mitigantes, y la tasa real de pérdida de temperatura podría ser un factor varios (quizás incluso diez) más bajo que el cálculo anterior. Hay muchos detalles que realmente importan, y las cosas cambiarán a medida que cambie la atmósfera (más nubes, luego menos, posibles nubes de dióxido de carbono...) y los océanos se congelarán.

Sin embargo , el hecho de que el ciclo de temperatura día/noche sea mucho más grande que el cambio diario derivado de arriba sugiere que la temperatura cerca de la superficie de la Tierra solo está débilmente acoplada a la temperatura atmosférica media (supongo que no es una gran sorpresa ya que la superficie es probablemente la parte más cálida de la atmósfera), por lo que puede esperar que las temperaturas de la superficie bajen mucho más rápido que la media inicial. ¿Cuanto más rápido? Bueno, como el cambio de día a noche inicialmente, aunque supongo que esto se ralentizará bastante rápido.

¿Velocidad relativa a dónde? Aunque no es tan crucial =)

Tomaría unas horas (quizás algunos días) si lo lleva instantáneamente a un espacio vacío. Tomaría algunas semanas si te alejas gradualmente del Sol. Permítanme señalar que, como dijo Noldorin, la única forma de transferencia de calor es a través de la radiación, pero dado que la Tierra es un radiador relativamente bueno, no tomaría mucho tiempo.

Casi siempre habría una atmósfera porque simplemente hay suficiente gravedad para atraer gas, sin importar qué tipo de gas sea. Sin embargo, seguramente será más tenue y menos denso. No hay suficiente metano en la Tierra para formar un ciclo de metano similar al de Titán. Titán posee tal vez cientos de veces más metano que la Tierra.