金星二氧化碳哪來的?假如溫室效應失控,地球變成金星還是火星?

2020-12-05 星辰大海路上的種花家

本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文

這是一個非常有趣的問題,我們在大多數時候都被科普,火星的質量比較小,形成後約十億年內即內核冷卻,導致磁場消失,在無情的太陽風轟擊下,火星大氣逐漸被剝離,最終落得個一片荒涼的下場,當然很多科普作者此時閉口不談金星,因為金星也沒有磁場(只有一個誘發磁場),但金星的大氣壓卻是地球的92倍,這是在有些匪夷所思,我們簡單來了解下它的成因。

紫外波段的火星

金星一直以來都是這樣嗎?

金星的直徑與地球相差無幾,只不過它比地球更靠近太陽一些,軌道半徑大約0.75個天文單位,但它表面最高溫度達到了400多度,一個充滿二氧化碳的大氣層氣壓是地球的92倍,不過天文學家認為,金星誕生時卻不是這樣。

與地球形成機制類似,金星早期也會獲得大量的含水化合物以及彗星,也會在行星的誕生過程中經歷小行星轟擊的時代,因此從理論上來看,金星早期也會有地表水形成的機制,因此天文學家認為其表面水存在超過約數億年。

金星二氧化碳成因猜測一

但金星內核機制無法形成磁場,在這個過程中金星表面水汽被光解,更輕的氫元素逃離留下了氧元素,這些天文數字般的氧元素和金星表面的碳元素結合形成了二氧化碳,這種溫室效應極佳的氣體使得金星表面溫度陷入了失控的溫室效應。

這裡有一個問題是金星表面的碳元素是怎麼來的?當然這是金星形成時的原始積累,來自於上一代恆星超新星爆發後的星雲物質,地球也獲得了大量的碳元素,地殼中碳元素的含量是0.032%,看起來這數字不大,但即使跑出萬分之一來和氧氣結合成二氧化碳,那麼地球就完蛋了。

金星二氧化碳成因猜測二

地球因為存在海洋的水汽循環與碳酸鹽-矽酸鹽循環,因此火山噴發的多餘的二氧化碳會溶解在雨水中重新進入海洋,成為海洋中各種生物的硬質碳酸鈣貝殼或外骨骼的來源。金星的海洋消失後破壞了這個循環,大氣中的二氧化碳會累積。

阿媽媧錄火山口的熔巖流

金星火山活動曾經非常活躍,歐空局的金星快車號探測器在2014年獲得的資料顯示金星現在仍然有火山活動的跡象。在火山構造上各種盾狀火山和複式火山與地球火山活動非常相似。

既然沒有了磁場,為什麼進行大氣層還不逃逸?

這是一個棘手的問題,但各位了解下水汽逃逸的過程就會了解到一個很簡單的道理,水汽逃逸最關鍵的因素光解,太陽光輻射中的短波段比如紫外波段的能量超過水分子鍵能,因此水汽被紫外線打散成了氫和氧,氫逃逸而氧留下,因為氧的密度要高得多,大部分情況下都不容易逃逸,而且還會和氧分子結合形成臭氧層,或者與二氧化碳分子結合形成三氧化二碳等金星大氣層中奇怪的化合物。

相對於H2O的分子鍵能(928KJ/mol),二氧化碳的鍵能(803KJ/mol)更低,100-150nm的紫外波段能量完全可以將其轟擊解離,但解離後又如何?碳和氧本來就是密度比較高的元素,它很難從大氣層中逃逸,大都還是會逗留在大氣層中,比如碳和二氧化碳形成二氧化三碳等又是一種奇怪的化合物。

臭氧層則被歐空局的金星快車探測器所證實,並且天文學家認為在進行二氧化碳大氣層的上方有一個足夠人類呼吸的含氧大氣層存在,因此NASA提出了在金星60千米高的大氣層上方建立一個常駐科考的「飛艇雲城」計劃。

在距離進行表面約50-60千米的高空,溫度和氣壓非常類似於地球表面,飛艇將常駐這個高度,甚至未來還可能展開商業旅行!實在是風光無限好,只是有點危險哈,如果失事,掉到進金星表面,估計都沒法找回來了,400多度的高溫直接就火化了哈。

NASA的宣傳圖做得實在漂亮,不過要注意下的是此處的光輻射是地球的好幾倍,如果某一天真的去金星上的飛艇雲城,那麼切記一定要做好防護措施,否則就不是曬黑那麼簡單了,而是可能會活活曬脫皮。

如果未來地球溫室效應失控,會走金星路線還是火星路線?可能金星路線的可能性會比較大,因為地球遠比火星活躍,因為現在火星內核已經不足以構成強烈活動,再難噴發二氧化碳形成溫室效應了,但地球仍然會,可以繼續活躍數十億年!

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    據英國《新科學家》雜誌網站25日報導,瑞士科學家的一項新研究指出,地球年輕時,其表面可能被巖漿海洋覆蓋,而從沸騰的海水中升起的氣體構造的大氣層可能與如今金星上的大氣層一樣有毒。研究指出,在地球誕生初期,被一顆火星大小的天體「撞了一下腰」,產生了這些巖漿海洋。此外,撞擊產生的熱量也將年輕行星的不少地方融化並創造了月球。
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