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dc.contributor.advisorTosi, Nicola-
dc.contributor.authorNikolaou, Athanasia-
dc.date.accessioned2020-05-29T10:24:22Z-
dc.date.available2020-05-29T10:24:22Z-
dc.date.issued2020-
dc.identifier.urihttps://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/11059-
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9947-
dc.description.abstractMagma ocean is a crucial stage in the build-up of terrestrial planets. Its solidification and the accompanying outgassing of volatiles set the conditions for important processes that occur later or even simultane-ously, such as solid state mantle convection and atmospheric escape. In order to constrain the duration of a global scale magma ocean on Earth I have built and applied a 1D interior model coupled alternatively with either a grey H2O/CO2 atmosphere or with a pure H2O atmosphere treated with a line-by-line radiative transfer approach. This study examines the effects of several factors affecting the magma ocean lifetime, such as the initial abundance of H2O and CO2 , the convection regime, the viscosity, the mantle’s melting temperature, and the longwave radiation absorption from the atmosphere. In this specifically multi-variable system I assess the impact of each factor with respect to a reference setting commonly assumed in the literature. This setting is intended to be a benchmark and it is deliberately kept low in complexity. Such approach helps emphasize the potential role of each additional modeled process in the solidification time.It is found that the magma ocean stage can last from a few thousand to several million years for a rocky planet of terrestrial size and composition. By coupling the interior model with the line-byline radiative transfer treatment in the atmosphere, I identify the conditions that determine whether the planet experiences a transient magma ocean or it ceases to cool and maintains a magma ocean,conditional on the assumption that atmospheric mass is conserved. I find a dependence of this distinction simultaneously on the mass of outgassed H2O atmosphere and on the magma ocean surface melting temperature. The present work discusses their combined impact on the magma ocean lifetime in addition to the known dependence on albedo, orbital distance and stellar luminosity and notes observational degeneracies that arise thereby for target exoplanets. A potential magma ocean case for Venus and Mars is shortly discussed and is put in perspective with the study findings.en
dc.description.abstractDer Magma-Ozean ist eine entscheidende Phase beim Aufbau von terrestrischen Planeten. Seine Verfestigung und die damit einhergehende Ausgasung flüchtiger Stoffe schaffen die Voraussetzungen für wichtige Prozesse, die später oder sogar gleichzeitig ablaufen, wie die Konvektion des Festkörpermantels und das Entweichen der Atmosphäre. Um die Dauer eines Magma-Ozeans im globalen Maßstab auf der Erde einzuschränken, habe ich ein 1D-Modell des Inneren erstellt und angewendet, das wahlweise mit einer grauen H2O/CO2 - Atmosphäre oder mit einer reinen H2O-Atmosphäre gekoppelt ist, die mit einem Spektralrechnungs-Ansatz behandelt wurde. Diese Studie untersucht die Auswirkungen verschiedener Faktoren, die die Lebensdauer des Magma-Ozeans beeinflussen, wie etwa die anfängliche Häufigkeit von H2O und CO2 , das Konvektionsregime, die Viskosität, die Schmelztemperatur des Mantels und die Absorption langwelliger Strahlung aus der Atmosphäre. In diesem spezifischen multivariablen System bewerte ich die Auswirkung jedes Faktors im Hinblick auf eine in der Literatur allgemein angenommene Referenzkonfiguration. Diese Konfiguration soll als Richtwert dienen und ist bewusst wenig komplex gehalten. Ein solcher Ansatz hilft dabei, die potenzielle Rolle jedes zusätzlich modellierten Prozesses in der Erstarrungszeit hervorzuheben. Es wurde festgestellt, dass die Magma-Ozean-Phase für einen felsigen Planeten von irdischer Größe und Zusammensetzung einige tausend bis mehrere Millionen Jahre dauern kann. Indem ich das Modell des Inneren mit dem Spektralrechnungs-Verfahren in der Atmosphäre verbinde, identifiziere ich die Bedingungen, die bestimmen, ob der Planet einem vorübergehenden Magma-Ozean ausgesetzt ist oder aufgehört hat abzukühlen und einen Magma-Ozean beibehält – unter der Annahme, dass atmosphärische Masse erhalten bleibt. Ich stelle eine Abhängigkeit dieser Unterscheidung gleichzeitig von der Masse der ausgegasten H2O-Atmosphäre und von der Schmelztemperatur der Magma-Ozean-Oberfläche fest. Die vorliegende Arbeit diskutiert den gemeinsamen Einfluss von beidem auf die Lebensdauer des Magma-Ozeans zusätzlich zu den bekannten Abhängigkeiten von Albedo, Umlaufdistanz und Sternhelligkeit und stellt Beobachtungs-Entartungen fest, die dadurch für Ziel-Exoplaneten entstehen. Ein möglicher Magma-Ozean-Fall wird kurz für Venus und Mars diskutiert und mit den Ergebnissen der Untersuchung in Beziehung gesetzt.de
dc.language.isoenen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/en
dc.subject.ddc520 Astronomie und zugeordnete Wissenschaftende
dc.subject.othermagma oceanen
dc.subject.otheratmosphereen
dc.subject.otherthermal convectionen
dc.subject.otherhadean Earthen
dc.subject.otherplanetary evolutionen
dc.subject.otherplanetary scienceen
dc.subject.otherexoplanetsen
dc.subject.otherMagma-Ozeande
dc.subject.otherAtmosphärede
dc.subject.otherthermische Konvektionde
dc.subject.otherHadean Erdede
dc.subject.otherplanetare Evolutionde
dc.subject.otherPlanetenwissenschaftde
dc.subject.otherExoplanetende
dc.titleNumerical modeling of magma ocean solidification and concurrent atmosphere formationen
dc.typeDoctoral Thesisen
tub.accessrights.dnbfreeen
tub.publisher.universityorinstitutionTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.refereeBreitschwerdt, Dieter-
dc.contributor.refereeBreuer, Doris-
dc.contributor.refereeTosi, Nicola-
dc.date.accepted2019-11-25-
dc.title.translatedNumerische Modellierung der Erstarrung von Magma-Ozeanen und der gleichzeitigen Bildung von Atmosphärede
dc.type.versionacceptedVersionen
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