Вулканы, возможно, превратили Венеру в пылающий ад

Есть ли что-нибудь хорошее в вулканах? Они могут быть жестокими, опасными и непредсказуемыми. Для современных людей вулканы в основном доставляют неудобства, иногда интригующую визуальную картину, а иногда и смертельную опасность.

Но когда их достаточно, и когда они мощные и продолжительные, они могут убить планету, на которой обитают вулканы. их.

Современная Венера представляет собой обжигающий ад. Температура поднимается выше 464 °C (850 °F, 737 °K), что, как известно читателям Universe Today, достаточно высоко, чтобы расплавить свинец (и космический корабль).

Вот почему из всех миссий, отправленных Россией на поверхность планеты, только четырем удалось передать изображения, прежде чем они быстро уступили экстремальным условиям Венеры.

Но современная Венера может сильно отличаться от древней Венеры. Некоторые исследования показывают, что на древней Венере была атмосфера, похожая на атмосферу древней Земли.

На поверхности планеты также могло быть значительное количество воды. Вполне возможно, что когда-то на Венере существовала простая жизнь, но пока нет достаточных доказательств, чтобы доказать или опровергнуть это.

Новое исследование показывает, что массовые извержения вулканов в течение длительного периода времени могут быть причиной изменения планету в то, что она есть сегодня. Если на древней Венере существовала простая жизнь, вулканизм стал ее гибелью.

Исследование также показывает, какую роль в формировании обитаемости Земли сыграла мощная вулканическая активность и как Земля едва избежала той же участи, что и Венера.

Исследование называется «Крупномасштабный вулканизм и тепловая смерть земных миров» и опубликовано в The Planetary Journal. Доктор Майкл Дж. Уэй из Института Годдарда НАСА является ведущим автором. Уэй занимается исследованием Венеры в течение многих лет и является автором и соавтором нескольких статей о планете, особенно о ее древней обитаемости.

«Изучая летопись крупных изверженных провинций на Земле и Венере, мы можем определить, могли ли эти события вызвать нынешнее состояние Венеры», — сказал Уэй в пресс-релизе, анонсирующем исследование.

Земля переживала длительные периоды устойчивых вулканических извержений в своей истории. Крупные изверженные провинции (LIP) являются свидетельством периодов, которые могут длиться сотни тысяч лет, а может быть, даже миллионы лет.

LIP могут откладывать на поверхность более 100 000 кубических миль породы. Этого достаточно, чтобы похоронить Техас на полмили в глубину. На Земле мы знаем о многих LIP, и мы знаем, что за последние 500 миллионов лет они совпадают с периодами изменения климата и массовыми вымираниями.

Исследование предполагает, что Венера подвергалась массовым извержениям вулканов. собственный, который создал современную атмосферу Венеры с ее экстремальными температурами и давлением. В частности, в нем говорится, что интенсивные выбросы за период всего в один миллион лет создали безудержный парниковый эффект.

Неуправляемый парниковый эффект — это когда атмосфера препятствует излучению тепла планеты в космос. Без возможности охлаждения температура поднимается до экстремальных уровней, как в теплице со всеми закрытыми вентиляционными отверстиями.

Парниковый эффект Венеры усугубляется очевидным отсутствием тектоники плит. Тектоника земных плит позволяет теплу из недр планеты достигать поверхности за счет периодического раскрытия мантийного покрова.

Также при выветривании и субдукции углекислый газ попадает в горные породы из атмосферы.

> Согласно этой работе, наша планета пережила пять массовых вымираний, и все они связаны с повышенной вулканической активностью. (Некоторые исследователи указывают на шестое массовое вымирание, которое только начинается, поскольку человеческая деятельность приводит к увеличению потери видов.)

Столкновение с Чиксулубом стало основной причиной пермско-триасового вымирания, уничтожившего динозавров, но вулканическая активность тоже сыграла свою роль. В то время как вымирание динозавров Чиксулуб хорошо известно и широко популяризировано, вулканическая активность была основной причиной вымирания на Земле.

Жизнь на Земле сильно пострадала от мощной и устойчивой вулканической активности. Но она всегда восстанавливалась, и вулканы никогда не вызывали безудержного парникового эффекта, в то время как Венера до сих пор страдает от этого эффекта. Какая разница?

Масштаб извержений имел к этому какое-то отношение. Поверхность Венеры на 80 процентов покрыта затвердевшей вулканической породой. Сера в атмосфере также свидетельствует о ярко выраженной вулканической деятельности. А на поверхности Венеры меньше кратеров, чем ожидалось, что указывает на обильную вулканическую активность за последние несколько сотен миллионов лет.

Но исследование должно кого-то смутить. Хотя Земля избежала безудержного парникового эффекта, возможно, ей удалось избежать его лишь с трудом.

Распутать историю вулканизма, столкновений и вымираний в истории Земли сложно, потому что кратеры стираются. Предпринимаются научные усилия, чтобы понять условия в мантии Земли, которые приводят к LIP, но это также сложная задача.

Магматические события, которые создают LIP, обычно недолговечны в геологическом масштабе времени, менее 5 миллионов. лет по продолжительности. Они также могут быть серией импульсов за несколько десятков миллионов лет. Хотя они выбрасывают на поверхность много горных пород, химические вещества, которые они выделяют в атмосферу, являются причиной вымирания.

Огромное количество CO₂ резко нагрело атмосферу Земли, а двуокись серы (SO₂) усугубило потепление. Токсичные соединения, такие как сероводород (H₂S) и окись углерода (CO), также образуются в результате извержений, но только в незначительных количествах.

Вулканическая активность Земли аналогична активности Венеры, потому что планеты являются «планетами-сестрами». Они очень близки по размеру и представляют собой скалистые планеты во внутренней части Солнечной системы.

Но самое важное, что их объединяет, когда дело доходит до вулканизма, — это их объемный состав. Поскольку они образовались в одном и том же регионе Солнечной системы, их состав очень похож.

В своем исследовании авторы воссоздали вулканическую историю Земли в случайном моделировании, основываясь на том, что известно о вулканической активности Земли и LIP. «В одном подходе мы делаем консервативную оценку скорости, с которой наборы почти одновременных LIP (пары, тройки и квартеты) происходят в случайной истории, статистически такой же, как и на Земле», — пишут авторы.

«Мы обнаружили, что вероятны LIP ближе по времени, чем 0,1–1 миллион лет; значительно, это меньше, чем время, в течение которого, как известно, сохраняются земные эффекты LIP на окружающую среду».

Это означает, что LIP события накладываются друг на друга, и прежде чем планета успевает удалить CO₂, выброшенный в ее атмосферу в результате одного события, другое занято выбросом большего количества. Соедините их вместе, и вы получите безудержный парниковый эффект. Отдельные LIP в разных частях земного шара, даже под океанами, усугубляют эффект.

Ключевая часть их исследования касается изменчивости. Связаны ли LIP друг с другом причинно-следственной связью? Это важно, потому что, если уровень LIP является переменным, то это увеличивает вероятность перекрытия или одновременности событий, что может способствовать неконтролируемому парниковому эффекту.

«Как изменчивость уровня LIP во времени повлияет на шансы для одновременных событий?» пишут авторы.

«Во времена повышенной скорости вероятность одновременных событий выше, чем для средней скорости. С другой стороны, во времена пониженной скорости эта вероятность уменьшается по сравнению с в среднем. Неясно, какой из этих эффектов преобладает».

Интересный момент во всем этом касается самых продолжительных LIP на Земле. Чем дольше длится один, тем больше вероятность того, что он перекроет другой.

«[Мы] обнаруживаем, что вероятность того, что самый большой LIP в зарегистрированной истории Земли перекроется с аналогичным размером (по площади) событие составляет примерно 30 процентов. Множественные одновременные LIP могут быть важными факторами перехода от безмятежной обитаемой поверхности к тепличному состоянию для земных миров, если предположить, что они имеют земную геохимию и динамику конвекции мантии», — говорится в документе.

Есть момент, когда все это расходится. В то время как у нас есть достаточно полные и надежные данные о LIP Земли, у нас нет ничего подобного для Венеры. Но исследование показывает, что даже при отсутствии у нас подробных данных вполне вероятно, что Венера пострадала от перекрывающихся LIP, которые привели к ее гибели.

К счастью, предстоящие миссии на Венеру откроют это расследование с более точными данными.

Миссия Venus VERITAS (излучательная способность Венеры, радионаука, InSAR, топография и спектроскопия) — орбитальный аппарат, разрабатываемый НАСА. Дата его запуска еще не назначена, но это будет трехлетняя миссия по получению изображений поверхности Венеры в высоком разрешении с использованием радара и спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона.

Он предоставит подробную информацию о история воздействия планеты, вулканизм, геохимия и многое другое.

Миссия DAVINCI (исследование благородных газов, химии и визуализации в глубокой атмосфере Венеры) также является миссией НАСА, но вместе с ней будет атмосферный зонд. с орбитальным аппаратом. Как только ученые получат более подробную информацию об атмосфере Венеры и ее поверхности, они смогут приступить к распутыванию прошлого планеты.

«Основная цель DAVINCI — сузить историю воды на Венере и выяснить, когда она могла исчезнуть. исчез, что дает больше информации о том, как климат Венеры менялся с течением времени», — сказал Уэй.

И DAVINCI, и VERITAS будут запущены в конце 2020-х годов, а DAVINCI запустится первым.

ЕКА также планирует орбитальный полет к Венере. Он называется EnVision и должен быть запущен в начале 2030-х годов. EnVision также изучит атмосферу Венеры, но копнет глубже, используя свой набор инструментов для изучения внутренней структуры планеты.

Эти результаты также сыграют роль в понимании экзопланет. Экзопланеты — это развивающаяся область исследований, и космический телескоп Джеймса Уэбба начинает предоставлять более качественные данные об атмосферах экзопланет.

Но ученым будет трудно интерпретировать результаты JWST без более совершенных общих моделей, и более детальное понимание истории нашей родственной планеты, безусловно, улучшит наши модели планетарных атмосфер.

По какой-то причине Земля остается пригодной для жизни в течение миллиардов лет, а Венера находится в гораздо худшем положении. Если на Венере когда-то и была древняя, простая жизнь, то ее уже давно нет.

(Извиняюсь перед людьми, которые думают, что жизнь может продолжаться в облаках Венеры.)

Хотя у нас, возможно, никогда не будет Полное понимание всех факторов, которые сделали Землю и Венеру столь непохожими друг на друга, явно сыграло роль вулканической активности. Как только VERITAS, DAVINCI и EnVision сделают свое дело, мы сможем более подробно понять расходящийся путь Венеры.

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.