火山有什么好处吗? 它们可能是暴力的、危险的和不可预测的。 对于现代人类来说,火山大多带来不便,有时是一种有趣的视觉展示,有时甚至是致命的。
但当它们数量足够多,并且它们强大且持续时间长时,它们就可以杀死它们所在的星球。
现代是一片炽热的地狱景象。 温度升至 464 °C(850 °F,737 °K)以上,正如《今日宇宙》读者所知,这个温度足以熔化铅(和航天器)。
这就是为什么在俄罗斯向金星表面发射的所有任务中,只有四次在迅速屈服于金星的极端条件之前成功传输了图片。
但现代金星可能与古代金星有很大不同。 一些研究表明,古代金星的大气层与古代地球相似。
这颗行星的表面可能也有大量的水。 金星上可能曾经存在过简单的生命,但目前还没有足够的证据来证明或反驳这一点。
一项新的研究表明,长时间的大规模火山喷发可能是导致地球变成今天样子的原因。 如果古代金星上存在着简单的生命,那么火山活动就是它的末日。
这项研究还表明,强大的火山活动如何在塑造地球的宜居性方面发挥了作用,以及地球如何勉强避免了与金星相同的命运。
该研究的标题是“大规模火山活动和陆地世界的热寂”,并发表在行星杂志。 美国宇航局戈达德研究所的迈克尔·J·韦博士是主要作者。 韦多年来一直在研究金星,是多篇关于金星的论文的作者和合著者,特别是它的古代宜居性。
韦在宣布这项研究的新闻稿中说:“通过了解地球和金星上大型火成岩省的记录,我们可以确定这些事件是否可能导致金星目前的状况。”
地球在其历史上经历了长时间持续的火山喷发。大型火成岩省(LIP)是这些时期的证据,这些时期可以持续数十万年——甚至可能数百万年。
LIP 可以在地表沉积超过 100,000 立方英里的岩石。 这足以将德克萨斯州掩埋半英里深。 在地球上,我们知道许多 LIP,并且我们知道在过去 5 亿年里,它们与并伴随着大规模灭绝。
研究表明,金星本身经历了大规模的火山爆发,创造了金星的现代大气层,并具有极端的温度和压力。 更具体地说,它说在短短一百万年的时间内强烈的爆发创造了失控的温室效应。
失控的温室效应是指大气层阻止行星的热量辐射到太空中。 由于无法冷却,温度会升至极端水平,就像所有通风口都关闭的温室一样。
金星的温室效应因其明显缺乏板块构造而加剧。 地球的板块构造允许地球内部的热量通过周期性地打开地幔层到达地表。
它还通过风化和俯冲将二氧化碳从大气中带入岩石中。
根据这项工作,我们的星球经历了五次大规模灭绝,所有这些都与火山活动的增加有关。 (一些研究人员指出,第六次大规模灭绝才刚刚开始,因为人类活动导致物种灭绝加剧。)
这撞击事件是二叠纪-三叠纪灭绝的主要驱动因素,该灭绝消灭了,但火山活动也发挥了作用。 虽然希克苏鲁伯众所周知,火山活动已成为地球上物种灭绝的主要驱动力。
地球上的生命因强大而持续的火山活动而遭受了巨大的损失。 但它总是会恢复,而且火山从未造成失控的温室效应,而金星至今仍在遭受这种影响。 有什么不同?
火山喷发的规模与此有关。 金星表面 80% 被凝固的火山岩覆盖。 大气中的硫也是明显火山活动的证据。 金星表面的陨石坑比预期的要少,这表明过去几亿年里有丰富的火山活动。
但这项研究应该会让任何人感到不舒服。 尽管地球已经避免了失控的温室效应,但它可能只是勉强避免了它。
解开地球历史上火山活动、撞击和灭绝的历史具有挑战性,因为陨石坑会被抹去。 人们正在努力了解地幔中导致 LIP 的条件,但这也是一项艰巨的任务。
形成 LIP 的岩浆事件在地质时间尺度上通常是短暂的,持续时间不到 500 万年。 它们也可以是几千万年的一系列脉冲。 尽管它们将大量岩石推到地表,但它们排放到大气中的化学物质却导致了物种灭绝。
大量CO2地球大气层急剧升温,二氧化硫(SO2)加剧了变暖。 有毒化合物,如硫化氢 (H2S)和一氧化碳(CO)也来自火山喷发,但数量很少。
地球的火山活动与金星相似,因为这两颗行星是“姐妹行星”。 它们的大小非常接近,都是内太阳系的岩石行星。
但在火山活动方面,它们的共同点是它们的整体成分。 由于它们形成于太阳系的同一区域,因此它们的成分非常相似。
在他们的研究中,作者根据对地球火山活动和 LIP 的了解,通过随机模拟重现了地球的火山历史。 作者写道:“在一种方法中,我们对随机历史中近乎同时发生的 LIP 组(对、三重和四重)的发生率进行了保守估计,其统计数据与地球相同。”
“我们发现 LIP 发生的时间可能比 0.1-100 万年更近;值得注意的是,这比已知的陆地 LIP 环境影响持续的时间要短。”
这意味着 LIP 事件彼此重叠,并且在地球能够清除 CO 之前2从一个事件释放到大气中,另一个事件正忙着释放更多。 将足够多的这些串在一起,就会产生失控的温室效应。 全球不同地区(甚至在海底)的单独唇部会加剧这种影响。
他们研究的一个关键部分涉及变异性。 LIP 之间是否存在因果关系? 这很重要,因为如果 LIP 率是可变的,那么就会增加事件重叠或同时发生的可能性,从而导致失控的温室效应。
“LIP 率随时间的变化将如何影响同时发生事件的机会?” 作者写道。
“在速率增加的时期,同时发生事件的概率比平均速率提高。另一方面,在速率下降的时期,这种概率相对于平均值减少。目前尚不清楚哪种影响占主导地位。 ”。
所有这一切中一个有趣的点是地球上最持久的嘴唇。 一个持续的时间越长,它与另一个重叠的可能性就越大。
“我们发现,有记录的地球历史上最大的 LIP 与类似规模(面积)事件重叠的概率约为 30%。多个同时发生的 LIP 可能是从宁静的宜居表面过渡到宜居表面的重要驱动因素。假设它们具有类似地球的地球化学和地幔对流动力学,那么地球世界的温室状态,”该论文指出。
所有这些都有一个分歧点。 虽然我们有关于地球唇部的相当完整和可靠的数据,但我们没有任何接近金星的数据。 但研究表明,即使我们缺乏详细数据,金星也很可能遭受了重叠的唇部撞击,从而导致了它的灭亡。
幸运的是,即将到来的金星任务将为这一调查提供更好的数据。
金星 VERITAS(金星发射率、无线电科学、InSAR、地形学和光谱学)任务是 NASA 正在开发的轨道飞行器。 它的发射日期尚未确定,但这将是一项为期三年的任务,利用雷达和近红外光谱对金星表面进行高分辨率成像。
它将提供有关地球撞击历史、火山活动、地球化学等的详细信息。
DAVINCI(深层大气金星稀有气体、化学和成像调查)任务也是 NASA 的一项任务,但它将配备一个大气探测器和一个轨道飞行器。 一旦科学家获得有关金星大气层及其表面的更详细信息,他们就可以开始解开这颗行星的过去。
韦说:“达芬奇的主要目标是缩小金星上水的历史范围以及水可能消失的时间,从而更深入地了解金星的气候如何随时间变化。”
DAVINCI 和 VERITAS 都将于 2020 年代末推出,其中 DAVINCI 首先推出。
欧空局也正在计划前往金星的轨道飞行器任务。 它被称为 EnVision,应该在 2030 年代初推出。 远景公司还将研究金星的大气层,但它将进行更深入的研究,利用其仪器包来研究金星的内部结构。
这些结果也将在理解系外行星方面发挥作用。 系外行星是一个新兴的研究领域,詹姆斯·韦伯太空望远镜正开始提供有关系外行星大气的更好数据。
但如果没有更好的整体模型,科学家们将很难解释 JWST 的发现,而对我们姐妹行星历史的更详细了解肯定会完善我们的行星大气模型。
由于某种原因,地球数十亿年来一直保持适宜居住,而金星的情况要糟糕得多。 如果金星曾经存在过古老而简单的生命,那么现在它早已不复存在了。
(向那些认为生活可能继续生活在金星的云层中.)
虽然我们可能永远无法完全了解导致地球和金星如此不同的所有因素,但火山活动显然发挥了作用。 一旦 VERITAS、DAVINCI 和 EnVision 开始行动,我们就应该更详细地了解金星的分歧路径。