Почему Венера так отличается от Земли?

Автор: Administrator

13.12.2008 14:17

Теперь, когда мы поняли, как атмосфера Венеры поддерживает такую высокую температуру на поверхности, нам необходимо узнать, почему планета имеет столь мощную атмосферу, почти целиком состоящую из углекислого газа, а Земля нет. Различия между атмосферами Венеры и Земли, по-видимому, являются следствием наличия жизни на Земле и отсутствия жизни и жидкой воды на Венере.

В земной атмосфере мало углекислого газа, потому что основная его часть химически связана в известняках, главным образом в карбонате кальция СаСО₃. Типичный карбонат кальция представляет собой скопление миллионов крошечных раковин, созданных морскими организмами из углекислого газа, растворенного в морской воде. По мере того как эти крошечные организмы расходуют растворенный углекислый газ, все новые его порции растворяются в воде, поэтому его содержание в атмосфере уменьшается. Если бы мы добыли из земной коры и нагрели все углеродсодержащие породы, а продукты разложения выпустили в атмосферу, то атмосфера Земли оказалась бы в 70 раз толще, чем нынешняя воздушная оболочка, и состояла бы она преимущественно из углекислого газа - совсем как на Венере! Особые условия, которые предотвратили образование такой атмосферы на Земле, - а именно, создание известняков крошечными морскими организмами и растворение углекислого газа в морской воде - существовали на нашей планете в течение сотен миллионов лет. А на Венере, если они и существовали, то лишь на самом начальном этапе ее истории.

Допустим, что содержание углекислого газа в атмосфере Земли повысилось, скажем, в 10 раз. Даже это относительно небольшое изменение химического состава атмосферы вызвало бы значительные изменения на нашей планете, потому что углекислый газ сильно поглощает инфракрасное излучение. Мы можем продолжить эти рассуждения, рассчитав, что случилось бы, если бы Земля внезапно оказалась на таком же расстоянии от Солнца, как Венера. Вследствие повышения температуры, обусловленного приближением к Солнцу, океаны стали бы теплее. Это увеличило бы скорость испарения воды, а значит, и содержание поглощающего инфракрасное излучение водяного пара в атмосфере. Повышенное поглощение излучения вызвало бы дополнительное разогревание поверхности и соответствующее испарение, а затем новый рост поглощения и новое испарение - и так до тех пор, пока, наконец, все океаны не перешли бы в атмосферу! Этот самоподдерживающийся процесс был назван неконтролируемым парниковым эффектом, поскольку он продолжался бы до тех пор, пока на поверхности планеты не осталось бы воды. К этому моменту Земля стала бы чрезвычайно горячей, и молекулы водяного пара в атмосфере поднялись бы достаточно высоко и были бы разрушены ультрафиолетовым излучением Солнца в соответствии со следующими реакциями:

Н₂0 + Ультрафиолетовое излучение -> Н + ОН, (1)
ОН + Ультрафиолетовое излучение -> Н + О. (2)

Образовавшиеся в этом процессе свободные атомы водорода покинули бы планету, так как ее гравитационное поле не могло бы их удержать из-за их малой массы, а более тяжелые атомы кислорода остались бы в атмосфере и соединились бы с атомами других элементов.

Таким образом, задавшись простым вопросом, что стало бы с Землей, если бы она приблизилась к Солнцу на расстояние Венеры, мы нашли хорошее объяснение того, почему наша космическая сестра оказалась столь чуждой нам. Любая планета, столь же близкая к своей звезде, похожей на наше Солнце, не смогла бы сохранить жидкую воду на поверхности. Это разочаровывающий вывод, поскольку мы знаем, что жидкая вода важна для непрерывного существования жизни. Жидкая вода удаляет углекислый газ из атмосферы, растворяя его, а затем он идет на образование карбонатных пород. Жизнь чрезвычайно ускоряет этот процесс путем образования таких карбонатных структур, как раковины морских организмов. Таким образом, без жидкой воды и без живых организмов углекислый газ, попавший в атмосферу нашей гипотетической планеты, остается бы там и создал бы на планете те же адские условия, которые мы наблюдаем сегодня на Венере. Жизнь на Земле сделала нашу планету совсем иной, непохожей на Венеру; было бы злой иронией судьбы, если бы это случилось теперь в результате человеческой деятельности, с которой связаны освобождение и перевод в атмосферу все больших количеств углекислого газа при сжигании ископаемого топлива для энергетических нужд цивилизации.

Хотя общий химический состав атмосферы Венеры легко понять при сравнении с нашей собственной атмосферой, одно тонкое различие требует дальнейшего рассмотрения. В 1978 г. советские и американские космические аппараты сделали поразительное открытие: атмосфера Венеры содержит в 10-100 раз больше первичного аргона, чем атмосфера Земли. От остался от вещества первичной Солнечной системы в отличие от аргона появившегося позднее при распаде радиоактивного изотопа калия в породах. Как объяснить избыток первичного аргона на Венере? Означает ли эта аномалия, что наши попытки найти общее объяснение происхождения и эволюции атмосфер планет земной группы обречены на неудачу?