地表水拯救了地球：温室效应会使地球变为金星吗?

                            杨学祥，杨冬红（吉林大学）

金星是地球的姊妹星

据网上资料，金星是一颗类地行星，因为其质量与地球类似，有时也被人们叫做地球的“姐妹星”。也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。

有人称金星是地球的姊妹星，确实，从结构上看，金星和地球有不少相似之处。金星的半径约为6073公里，只比地球半径小300公里，体积是地球的0.88倍，质量为地球的4/5；平均密度略小于地球。

虽说如此，但两者的环境却有天壤之别：金星的表面温度很高，不存在液态水，加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件，金星有极少的可能有生命的存在。由此看来，金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。

金星周围有浓密的大气和云层。只有借助于射电望远镜才能穿过这层大气，看到金星表面的本来面目。金星大气中，二氧化碳最多，占97%以上。时常降落巨大的具有腐蚀性的酸雨。金星表面温度高达500℃，大气压约为地球的90倍（相当于地球900米深海中的压力）。

金星地表没有水，空气中也没有水份存在，其云层的主要成分是硫酸，而且较地球云层的高度高得多。由于大气高压，金星上的风速也相应缓慢。这就是说，金星地表既不会受到风的影响也没有雨水的冲刷。因此，金星的火山特征能够清晰地保持很长一段时间。

金星是温室效应的试验场

金星的大气主要由二氧化碳组成，并含有少量的氮气。金星的大气压强非常大，为地球的92倍，相当于地球海洋中1千米深度时的压强。大量二氧化碳的存在使得温室效应在金星上大规模地进行着。如果没有这样的温室效应温度会下降400℃。在近赤道的低地，金星的表面极限温度可高达500℃。这使得金星的表面温度甚至高于水星虽然它离太阳的距离要比水星大的两倍，并且得到的阳光只有水星的四分之一（高空的光照强度为2613.9 W/㎡，表面为1071.1 W/㎡）。尽管金星的自转很慢（金星的“一天”比金星的“一年”还要长，赤道地带的旋转速度只有每小时6.5千米），但是由于热惯性和浓密大气的对流，昼夜温差并不大。大气上层的风只要4天就能绕金星一周来均匀的传递热量。

金星浓厚的云层把大部分阳光都反射回了太空，所以金星表面接受到的太阳光比较少，大部分阳光都不能直接到达金星表面。金星热辐射反射率大约是60%，可见光反射率就更大。虽然金星比地球离太阳的距离要近，它表面所得光照却比地球少。如果没有温室效应作用，金星表面温度就会和地球很接近。

人们常常会想当然的认为金星的浓密云层能够吸收更多的热量，事实证明这是非常荒谬的。与此正相反，如果没有这些云层，温度会更高。大气中二氧化碳的大量存在所造成的温室效应才是吸收更多热量的真正原因。

金星表面的温度很高，是因为金星上强烈的温室效应，温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应。金星上的温室效应强得令人瞠目结舌，原因在于金星的大气密度是地球大气的100倍，且大气97%以上是“保温气体”——二氧化碳；同时，金星大气中还有一层厚达20～30千米的由浓硫酸组成的浓云。二氧化碳和浓云只许太阳光通过，却不让热量透过云层散发到宇宙空间。被封闭起来的太阳辐射使金星表面变得越来越热。温室效应使金星表面温度高达465至485℃，且基本上没有地区、季节、昼夜的差别。它还造成金星上的气压很高，约为地球的90倍。浓厚的金星云层使金星上的白昼朦胧不清，这里没有我们熟悉的蓝天、白云，天空是橙黄色的。

温室效应会使地球变为金星吗?

二氧化碳（分子式为CO₂）和水汽等被称为温室气体。温室气体有效地吸收地球表面、大气本身相同气体和云所发射出的红外辐射，重新发射红外辐射，其中有一半返回到地表，在夜间持续辐射，使地表不致因缺乏太阳辐射而变得太冷。温室气体这种保护地热量散失的作用，叫温室效应。正是由于大气中温室气体的存在，使地表维持15℃的平均温度上，否则地表温度将是-18℃，这为人类和整个生物圈提供了一个温暖的环境。这个效应主要归因于水汽的作用。

伴随全球变暖导致的冰盖融化和海平面上升，不断攀升的地球表面温度已经变成人类命运的噩梦：温室效应会使地球变成金星吗？

我们在2013年发表的论文中指出，人类释放的二氧化碳在最初阶段可以起到增温作用，伴随全球变暖，大量水蒸气形成。水蒸气也是重要的温室气体，能使全球变暖加剧，当大气中水蒸气的积累超过一定限度，就会形成云层遮蔽太阳光，使气温变冷，因此，水蒸气具有致冷和致暖的的双重身份。当水蒸气在高空遇冷化为微粒冰晶的时候，也会对太阳光产生反射作用，起到降温效果。大量降水会吸附大气中的二氧化碳形成酸雨，将二氧化碳带回岩石圈和海洋。一个寒冷的时期在自然的调节作用下可逆地发生了。我们称之为水蒸气的双重效应。http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1161294.html

金星地表没有水，空气中也没有水份存在，所以，金星的温室效应越演越烈，而地球因为有地表水和大气水，可以有效阻止温室效应的恶性发展，形成冷暖的良性周期循环。

只要地球地表和大气中有水存在，水蒸气的双重作用就回不间断地起作用，地球就不会变成金星。

火星为什么没有水

金星本身的磁场与太阳系的其它行星相比是非常弱的。这可能是因为金星的自转不够快，其地核的液态铁因切割磁感线而产生的磁场较弱造成的。这样一来，太阳风就可以毫无缓冲地撞击金星上层大气。最早的时候，人们认为金星和地球的水在量上相当，然而，太阳风攻击已经让金星上层大气水蒸气分解为氢和氧。氢原子因为质量小逃逸到了太空。金星上氘（氢的一种同位素，质量较大，逃逸得较慢）的比例似乎支持这种理论。而氧元素则与地壳中物质化合，因而在大气中没有氧气。金星表面十分干旱，所以金星上岩石要比地球上的更坚硬，从而形成了更陡峭的山脉、悬崖峭壁和其它地貌。一条从南向北穿过赤道的长达1200千米的大峡谷，是八大行星中最大的峡谷。

火星为什么有浓密的大气

我们在2006年发现，水星、金星、地球、火星的轨道偏心率分别为0.206、0.007、0.017、0.093，大气浓度分别为极其稀薄、浓密、标准、稀薄。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。

地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑^[17]。大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。

在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。这是它有浓密大气的原因。

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水循环是地球各圈层相互作用的动力

金星地表没有水，空气中也没有水份存在，其云层的主要成分是硫酸，而且较地球云层的高度高得多。由于大气高压，金星上的风速也相应缓慢。这就是说，金星地表既不会受到风的影响也没有雨水的冲刷。因此，金星的火山特征能够清晰地保持很长一段时间。

金星没有板块构造，没有线性的火山链，没有明显的板块消亡地带。尽管金星上峡谷纵横，但没有哪一条看起来类似地球的海沟。

迹象表明，金星火山的喷发形式也较为单一。凝固熔岩层显示，大部分金星火山喷发时，只是流出的熔岩流没有剧烈爆发、喷射火山灰的迹象，甚至熔岩也不似地球熔岩那般泥泞粘质。这种现象不难理解。由于大气高压爆炸性的火山喷发，熔岩中需要有巨大量的气体成分。在地球上，促使熔岩剧烈喷发的主要气体是水气，而金星上缺乏水分子。另外，地球上绝大部分粘质熔岩流和火山灰喷发都发生在板块消亡地带。因此，缺乏板块消亡带也大大减少了金星火山猛烈爆发的几率。

我们在最新的博文中指出，据英国《每日邮报》报道，日前，美国华盛顿大学一项最新研究表明，伴随着海底地壳运动，数量惊人的海水正涌入地球内部。科学家通过布置在马里亚纳海沟的海底地震仪发现，大陆板块与大洋板块间俯冲带被灌入的海水量是预计的3倍。这为我们的观点提供了确切证据：数量惊人的海水正涌入地球内部，并在地下受热膨胀，为地震火山提供了确切的爆炸动力。我们在2016年就提出，地震和火山动力同源，全球地震带和火山带几乎完全吻合。

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水循环是地球各圈层相互作用的动力，冷暖交替、火山喷发、地震活动、构造运动和板块构造，都离不开水的参与。火星因为没有充足的水，所以没有大冰期和温暖期的交替，没有剧烈的火山喷发，没有板块构造，没有线性的火山链，没有明显的板块消亡地带。

参考文献

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2. 杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2):610-615. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

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4. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677. Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

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