Atmospheric pressure as a natural climate regulator for a terrestrial planet with a biosphere

Lovelock and Whitfield suggested in 1982 that, as the luminosity of the Sun increases over its life cycle, biologically enhanced silicate weathering is able to reduce the concentration of atmospheric carbon dioxide (CO_2) so that the Earth's surface temperature is maintained within an inhabitable range. As this process continues, however, between 100 and 900 million years (Ma) from now the CO_2 concentration will reach levels too low for C_3 and C_4 photosynthesis, signaling the end of the solar-powered biosphere. Here, we show that atmospheric pressure is another factor that adjusts the global temperature by broadening infrared absorption lines of greenhouse gases. A simple model including the reduction of atmospheric pressure suggests that the life span of the biosphere can be extended at least 2.3 Ga into the future, more than doubling previous estimates. This has important implications for seeking extraterrestrial life in the Universe. Space observations in the infrared region could test the hypothesis that atmospheric pressure regulates the surface temperature on extrasolar planets

Konfrontative und korrektive Kommunikationsstrategien in einer Kombination aus Videoclips und direktem Dialog am Beispiel eines dreijährigen Pilotprojektes von Greenpeace Deutschland

Die vorliegende Arbeit untersucht, welche Kommunikationsstrategien in einer säkularisierten und ritualisierten Welt stark genug sind, um Menschen direkt und vertraglich zu einer regelmäßigen Spende zu bewe- gen. Dabei werden die relevanten Vermeidungsstrategien dokumentiert underörtert, die es dem potentiellen Spender erleichtern, sich gegen pro- soziale Appelle zu immunisieren und sich einer entsprechenden Spendenhandlung zu entziehen. Mit diesen Erkenntnissen wird sukzessi- ve eine Kombination aus konfrontativen und korrektiven Kommunikations- strategien entwickelt, die in der Lage sind, die komplexen Vermeidungs- strukturen der Menschen zu durchdringen und in ihren moralischen Dis- positionen und Images zu ankern, um sie zu einer Unterstützung zu bewegen. Der Gesamt-Kommunikationsplan, der den korrespondieren- den Strategien zu Grunde liegt, wird anhand eines Phasenmodells in mehreren Schritten skizziert und durch zahlreiche Einsätze und Beobach- tungen im Feld alternierend diskutiert und überarbeitet, bis sich der erwünschte Erfolg mit ausreichender Wahrscheinlichkeit in der Praxis ein- stellt und in dem Phasenmodell begreifen lässt. Die kritische Auseinan- dersetzung mit den relevanten Kommunikationsprozessen orientiert sich in weiten Teilen an den Begriffssystemen, die Erving Goffman (1980, 1986, 1999, 2004) in seinen Studien über das Interaktionsverhalten der Menschen etablierte. Die Arbeit entstand vornehmlich im Rahmen eines umfangreichen und neuartigen Fundraising-Projektes, das der Verfasser für Greenpeace Deutschland über drei Jahre als verantwortlicher Campaigner entwickelte und weiterhin betreut. Eine zentrale Rolle für die interne Akzeptanz und den externen Erfolg des Projektes spielten 20 zum Teil sehr unterschied- liche Videoclips und „Werbeblöcke”, die der Verfasser innerhalb von drei Jahren in mehreren Intervallen des Testens, Überarbeitens und Ergän- zens für Greenpeace konzipierte und mit viel professioneller und dankenswerter Beratung aus unterschiedlichen Genres produzierte. An diese Videos wird im öffentlichen Raum durch ehrenamtliche Helfer mit- tels direkten Dialoges angeknüpft, um Menschen zu einer aktiven oder finanziellen Unterstützung von Greenpeace zu bewegen

The geobiological nitrogen cycle : from microbes to the mantle

Nitrogen forms an integral part of the main building blocks of life, including DNA, RNA, and proteins. N2 is the dominant gas in Earth’s atmosphere, and nitrogen is stored in all of Earth’s geological reservoirs, including the crust, the mantle, and the core. As such, nitrogen geochemistry is fundamental to the evolution of planet Earth and the life it supports. Despite the importance of nitrogen in the Earth system, large gaps remain in our knowledge of how the surface and deep nitrogen cycles have evolved over geologic time. Here we discuss the current understanding (or lack thereof) for how the unique interaction of biological innovation, geodynamics, and mantle petrology has acted to regulate Earth’s nitrogen cycle over geologic timescales. In particular, we explore how temporal variations in the external (biosphere and atmosphere) and internal (crust and mantle) nitrogen cycles could have regulated atmospheric pN2. We consider three potential scenarios for the evolution of the geobiological nitrogen cycle over Earth’s history: two in which atmospheric pN2 has changed unidirectionally (increased or decreased) over geologic time; and one in which pN2 could have taken a dramatic deflection following the Great Oxidation Event. It is impossible to discriminate between these scenarios with the currently available models and datasets. However, we are optimistic that this problem can be solved, following a sustained, open-minded, and multidisciplinary effort between surface and deep Earth communities.Publisher PDFPeer reviewe

Thermal behavior and decomposition of cerium(III) butanoate, pentanoate and hexanoate salts upon heating in argon

The thermal behavior and decomposition of Ce-butanoate monohydrate (Ce(C3H7CO2)3·H2O), Ce-pentanoate (Ce(C4H9CO2)3) and Ce-hexanoate (Ce(C5H11CO2)3) were studied in a flow of argon while heating at 5 °C/min. By means of several techniques such as simultaneous TG-DTA, FTIR evolved gas analysis, in-situ x-ray diffraction using a synchrotron source and hot-stage microscopy, it was found that all three compounds undergo melting transitions prior to decomposition and that decomposition involves intermediate stages including at least a Ce2O(CnH2n+1CO2)4 intermediate (n = 3, 4 or 5 for Ce-butanoate, pentanoate or hexanoate respectively). The final decomposition product consists of CeO2, which is formed through a Ce-oxycarbonate. The Ce3+ → Ce4+ oxidation seems to proceed via Ce2O3 that first results from the decomposition of the oxycarbonate phase. During the whole decomposition process, the evolved gas species consist of CO2 and symmetrical ketones

Der Transport von volatilen Elementen in den Erdmantel – Experimentelle Studien des tiefen Stickstoffkreislaufs und der (F,OH)-Position in Topas

Volatile Elemente sind für die Geowissenschaften von besonderem Interesse, weil sie maßgeblichen Einfluss auf die Bildung von Atmosphäre und Ozeanen haben, eine Schlüsselrolle in sedimentären, magmatischen und metamorphen Prozessen spielen und somit die Evolution der Erdkruste und des Erdmantels wesentlich mitbestimmt haben. Stickstoff und Wasserstoff gehören zu den wichtigsten volatilen Elementen. Die Bestimmung ihrer Häufigkeit, sowie ihrer Verteilung und ihres Austausches zwischen Atmosphäre, Erdkruste und Erdmantel sind seit Jahren Thema vieler Forschungsarbeiten. Trotzdem ist das Wissen über den Stickstoffkreislauf sehr lückenhaft, insbesondere über den Stickstoffaustausch zwischen der Erdkruste und dem Erdmantel ist bisher nur sehr wenig bekannt. Nominell wasserhaltige Hochdruckphasen leisten einen wesentlichen Beitrag zum Wasserreservoir des Erdmantels, denn sie können beträchtliche Mengen an Wasser und häufig auch weiteren flüchtigen Elementen wie z.B. Halogenen in ihren Kristallstrukturen speichern. Daher sind Stabilitäten und kristallchemischen Eigenschaften von wasserhaltigen Hochdruckphasen von besonderer Relevanz und großem Interesse. Das Ziel diese Doktorarbeit ist also die Erweiterung des Wissen über die geochemischen Kreisläufe von Stickstoff und Wasserstoff im Erdinneren. Stickstoff wird als Ammonium, NH4, in den Erdmantel subduziert. Es entsteht bei der Zersetzung von sedimentierter organischer Materie und wird dann in kaliumreiche Minerale der Erdkruste eingebaut. Werden diese NH4-haltigen Sedimente entlang einer kalten Geotherme versenkt, so kann das enthaltene NH4 in die neuentstehenden Hochdruckphasen eingebaut werden. Diese zeigt die Synthese von NH4-Phengit, NH4-Cymrit, NH4-Wadeit, und NH4-Hollandit. Die Entgasung von molekularem Stickstoff, N2, am mittelozeanischen Rücken setzt voraus, dass es ein Stickstoffreservoir im darunterliegenden peridotitischen Mantel gibt. Die Synthese von NH4-haltigem Klinopyroxen deutet darauf hin, dass dies ein wichtiger Stickstoffträger im Mantel sein könnte. Abschätzungen zeigen, dass Klinopyroxen im Mantel über ein Stickstoffspeicherkapazität of etwa 1012 mol N2 verfügt. Die Zersetzung einer solchen NH4-Komponente in Klinopyroxen oberen Bereich des Mantels würde zur Freisetzung von Stickstoff und zur Rückführung in die Atmosphäre führen und somit den Kreislauf schließen. Topas ist eine wichtige Modellphase für den Transport von volatilen Elementen in den Erdmantel, weil er über eine einfache chemische Zusammensetzung und ein relativ großes Stabilitätsfeld verfügt. Detaillierte Untersuchungen an der (F,OH)-Mischkristallreihe offenbarten eine unerwartete Komplexität des Wasserstoffverhaltens, welches auf die lokale Ordnung von F und OH in der Kristallstruktur zurückzuführen ist. Fluor und OH sind statistisch auf derselben kristallographischen Position verteilt. Zwei eng benachbarte Positionen beeinflussen sich gegenseitig, so dass man im IR Spektrum zwei OH-Streckschwingungen findet. Der Anteil an lokal geordneten OH...OH-Bereichen in der Kristallstruktur hängt von der OH-Konzentration des Topases ab und lässt sich mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsrechnung vorhersagen. Das Auftreten solch geordneter Bereiche reduziert lokal die Symmetrie und beeinflusst so auch weitere kristallchemische Eigenschaften wie z.B. die Piezo- und Pyroelektrizität, die Strukturausdehnung und die Stabilität. Temperaturabhängige Untersuchungen an (F,OH)-Topas und Topas-OH zeigen zwei Phasentransformationen. Bei tiefen Temperaturen ändert sich die Symmetrie von P1 nach Pbn21, bei hohen Temperaturen von Pbn21 nach Pbnm. Das Verhalten von (F,OH)-Topas bei zunehmendem Druck und bei abnehmender Temperatur ist vergleichbar. Dies trifft auf Topas-OH nicht zu. Die wahrscheinlichste Erklärung ist die unterschiedliche Geometrie der Wasserstoffbindungen. Die Studien dieser Dissertation demonstrieren, dass detailliertes Wissen über Kristallstrukturen und kristallchemische Eigenschaften von großer Bedeutung ist, um globale Prozesse wie das Recycling von volatilen Elementen im Erdmantel verstehen und modellieren zu können.Volatile elements are of particular interest in geosciences, because they are essential for the formation of the atmosphere and oceans, play a key role in sedimentary, magmatic, and metamorphic processes, and thus in the evolution of crust and mantle. Nitrogen and hydrogen are major volatile elements. Their abundances, partitioning and cycling between the major reservoirs, atmosphere, crust, and mantle, have been investigated in many studies during the last years. Still, the present knowledge of the nitrogen cycle is only fragmentary, in part because of the missing data on the nitrogen cycling between crust and deep mantle. The contribution of the nominally hydrous high-pressure silicates to the water reservoir in the mantle cannot be neglected. This is because they have a high transport capacity for water and often also other volatiles, e.g., halogens. Hence, the stabilities and crystal chemical properties of hydrous high-pressure phases are of great interest. This thesis tries to extend the knowledge about the two element cycles, nitrogen and hydrogen, in the Earth's interior. Nitrogen is primarily transported to the deep Earth as ammonium, NH4, which originates from the decomposition of organic matter followed by its incorporation into K-rich sediments. With ongoing subduction in cold slabs, NH4 from the sediments can be redistributed into newly formed high-pressure phases such as NH4-phengite, NH4-cymrite, NH4-Si-wadeite, NH4-hollandite, which were successfully synthesized in this thesis. This provides the means for nitrogen and hydrogen transport to the Earth’s mantle. Degassing of molecular nitrogen, N2, at mid-ocean ridges implies a nitrogen reservoir in normal mantle rocks, i.e., peridotites. The synthesis of NH4-bearing clinopyroxene suggests that this mineral might be an important carrier of nitrogen in the mantle. Rough calculations resulted in a storage capacity of about 1012 mol N2. The breakdown of such an NH4 component in clinopyroxene at mid-upper mantle conditions would lead to a nitrogen release back to the atmosphere and close the nitrogen cycle. An important model phase for volatile transport into the mantle is topaz because of it’s simple chemical composition and the large extent of it's stability. Detailed investigation of the (F,OH)-solid solution series unraveled an unexpected complexity of the behavior of hydrogen in the crystal structure. A crucial result from these investigations is the importance of short-range ordering in the crystal structure on crystal chemical properties. Fluorine and OH are statistically distributed in the same crystallographic site. Two closely adjacent sites interact with each other, which result in the occurrence of two OH stretching bands in the IR spectra. The amount of local OH…OH ordering depends on the OH concentration in the topaz crystal and can be predicted from probability calculations. This short-range ordering reduces locally the symmetry and thus, affects further crystal chemical properties such as piezo- and pyroelectricity, structural increase, and the stability. Temperature-dependent investigations show that (F,OH)-bearing topaz and topaz-OH undergo phase transitions with symmetry changes from P1 to Pbn21 at low temperature and from Pbn21 to Pbnm at high temperature. A comparison with pressure-dependent studies show a similar behavior of (F,OH)-bearing topaz at decreasing temperature and increasing pressure, whereas the influences on topaz-OH are different. The most likely explanation may be the differences in the hydrogen bond geometry. The studies of this thesis demonstrate that detailed crystal knowledge is essential to understand and model the replenishment of the Earth’s mantle with volatiles via subduction