Global effects of an Earth magnetic field reversal: Structure of the magnetosphere and cosmic rays

Während einer Umkehrung des Erdmagnetfeldes unterscheidet sich das Magnetfeld in Konfiguration und Stärke vom heutigen Zustand. Dies wirkt sich nicht nur auf die Magnetosphäre aus, sondern auch auf die Bewegung hochenergetischer Teilchen, die in die obere Atmosphäre gelangen. In dieser Dissertation wird untersucht, welche möglichen Magnetosphärenkonfigurationen während einer Feldumkehrung auftreten können und welche Auswirkung sie auf die Teilchenverteilung haben können. Das in dieser Arbeit erweiterte Potentialfeldmodel von Voigt legt eine realistische Magnetosphärengeometrie zu Grunde und bietet mit seinen Parametern die Möglichkeit, auch magnetosphärische Magnetfelder während einer Feldumkehrung zu betrachten. Neben verschiedenen Parameterstudien, die die Möglichkeiten des Magnetosphärenmodells aufzeigen, wird auch das Magnetfeld und der Einfall kosmischer Teilchen in die Erdmagnetosphäre für eine simulierte Magnetfeldumkehrung untersucht. Hierbei wird das Magnetosphärenmodell als Werkzeug benutzt, um die Bewegung hochenergetischer Teilchen in der Magnetosphäre zu bestimmen. Aus den auf der Erde ankommenden Teilchen werden Teilchenverteilungen und -flüsse in die Erdatmosphäre bestimmt. Diese wiederum können als Eingangsgrößen für die Berechnung von atmophärischen Prozessen verwendet werden. Es zeigt sich, daß während einer Magnetfeldumkehrung Verteilungen und Flüsse von hochenergetischen Teilchen auftreten, die sich sehr von den heutigen unterscheidenDuring geomagnetic reversals, the configuration and strength of the Earth´s magnetic field can differ very much from its current state. This has consequences not only for the magnetosphere, but also for the motion of high-energetic particles precipitating into the upper atmosphere. In this dissertation, possible magnetospheric configurations and the consequences for the impact of cosmic particles into the atmosphere during such reversals are studied. The potential field model of Voigt, which is extended in this work, offers a realistic geometry of the magnetosphere. Its parameters allow to examine magnetospheric configurations during geomagnetic reversals. Beside the study of different model parameters showing the capabilities of the model, the magnetic field and the particle impact during a simulated geomagnetic reversal is investigated. The magnetic field model is used as a tool to determine the motion of cosmic particles within the magnetosphere. From this particle distribution on the Earth´s atmosphere and particle fluxes are calculated, which can be used as an input for atmospheric process calculations. It is shown that during geomagnetic reversals the distribution and particle fluxes of high energetic particles significantly differ from the present situation

Biomarker Response to Galactic Cosmic Ray-Induced NOx and the Methane Greenhouse Effect in the Atmosphere of an Earthlike Planet Orbiting an M-Dwarf Star

Planets orbiting in the habitable zone (HZ) of M-Dwarf stars are subject to high levels of galactic cosmic rays (GCRs) which produce nitrogen oxides in earthlike atmospheres. We investigate to what extent this NOx may modify biomarker compounds such as ozone (O3) and nitrous oxide (N2O), as well as related compounds such as water (H2O) (essential for life) and methane (CH4) (which has both abiotic and biotic sources) . Our model results suggest that such signals are robust, changing in the M-star world atmospheric column by up to 20% due to the GCR NOx effects compared to an M-star run without GCR effects and can therefore survive at least the effects of galactic cosmic rays. We have not however investigated stellar cosmic rays here. CH4 levels are about 10 times higher than on the Earth related to a lowering in hydroxyl (OH) in response to changes in UV. The increase is less than reported in previous studies. This difference arose partly because we used different biogenic input. For example, we employed 23% lower CH4 fluxes compared to those studies. Unlike on the Earth, relatively modest changes in these fluxes can lead to larger changes in the concentrations of biomarker and related species on the M-star world. We calculate a CH4 greenhouse heating effect of up to 4K. O3 photochemistry in terms of the smog mechanism and the catalytic loss cycles on the M-star world differs considerably compared with the Earth

Modeling impacts of geomagnetic field variations on middle atmospheric ozone responses to solar proton events on long timescales

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/94922/1/jgrd13876.pd

Geophysical and atmospheric evolution of habitable planets

The evolution of Earth-like habitable planets is a complex process that depends on the geodynamical and geophysical environments. In particular, it is necessary that plate tectonics remain active over billions of years. These geophysically active environments are strongly coupled to a planet's host star parameters, such as mass, luminosity and activity, orbit location of the habitable zone, and the planet's initial water inventory. Depending on the host star's radiation and particle flux evolution, the composition in the thermosphere, and the availability of an active magnetic dynamo, the atmospheres of Earth-like planets within their habitable zones are differently affected due to thermal and nonthermal escape processes. For some planets, strong atmospheric escape could even effect the stability of the atmosphere

Mit Steuern steuern – Gleichstellung und die steuerliche Begünstigung des präferierten Familienmodells

Das Steuersystem steht oft nicht im Zentrum von gleichstellungspolitischen Bemühungen. Dabei setzt die Art und Weise, wie Familien besteuert werden, starke Anreize für oder gegen ein bestimmtes Familienmodell. Davon zeugt auch die schweizerische Debatte im Bereich Familienbesteuerung der letzten 40 Jahre

The impact of galactic cosmic rays on extrasolar Earth-like planets in close-in habitable zones

International audienc

The impact of galactic cosmic rays on extrasolar Earth-like planets in close-in habitable zones

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