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发布时间:2019-09-24 16:29:55 | 来源:中国新闻网 | 作者:佚名
中新网9月24日电 综合报道,虽然火星上可能曾经有生命存在,但地球是太阳系中目前已知的唯一有生命存在的行星。然而,一项新的研究指出,在一些神秘的事情发生之前,金星可能已经适宜居住了几十亿年。
日前,在欧洲行星科学大会——行星科学分会2019年联席会议上,一项研究称,金星可能曾具有稳定的温度,并在20亿至30亿年的时间里是“液态水”的所在地。但是,在7亿到7.5亿年前,某种原因导致该星球从岩石中释放出二氧化碳,改变了这里气候。
被称为“炼狱”,金星上环境多恶劣?
金星与地球大小差不多,是地球的体积的95%,被称为地球的姊妹星球。
但是,它有着最恶劣的环境。它的大气层中二氧化碳含量高达96.5%,还有硫酸云覆盖在岩石上。
而这还不够糟糕。它的大气层异常浓厚,大气压力是地球的上千倍。与此同时,它的地表温度高度462摄氏度,该温度足以熔化铅,以“炼狱”来形容都不为过。
不过,有研究表明,金星以前可能不是这个样子。
据报道,过去40年来一系列太空探测器绘制的详细雷达图表明,金星可能有一个浅海。如果是这样的话,那么这颗行星将会有一个完全不同的环境,温度足够低,且允许液态水存在。
曾有水存在?科学家进行5次模拟验证
为了确定这个猜测是否可行,美国航天局高戈达德太空研究所的研究人员迈克尔·韦和德尔·吉尼奥根据覆盖的水深度进行了5次模拟验证,包括深度为10米的浅层海洋、深度为310米的广大海洋等。
据报道,科学家们在考虑到大气变化和随时间增加的太阳辐射的基础上,通过三维环流模型,分别模拟了42亿年前和7.15亿年前的金星。
他们发现,在每种情况下,金星的温度都保持在20摄氏度到50摄氏度之间的稳定范围内。以地球的标准来看,这并不是很舒服,但足以保存有液态水。更重要的是,在最佳情况下,金星可以保持这种情况长达30亿年。
如果这些模型成立,这表明尽管金星接收到的太阳辐射是地球的2倍,但它仍然位于太阳系的宜居带内。
两位科学家认为,远在42亿年前,在金星刚刚形成后不久时,它的表面迅速冷却,大气中的二氧化碳被地壳中的硅酸盐吸收,其机制与30亿年前地球上发生的情况相同。而这将留下一个以氮气为主,含有微量的二氧化碳和甲烷的类似地球的大气层。
金星变化,或因二氧化碳引发的温室效应?
那么后来发生了什么事?
研究小组猜测,在7.15亿至7亿年前,金星可能因为火山活动,导致大量埋在地壳里的二氧化碳,被释放到大气层里。
巨量的二氧化碳引发金星的全面温室效应,与此同时,由于硫磺气体也跟着喷出,导致金星变得越来越热,把原本的海洋都给蒸发了。
高温将水分子分解成氢和氧,氢气逸散到太空里,而氧气与游离的碳,也结合成二氧化碳,终于使金星变成更高热的环境。
“金星上发生了一些事情,导致大量的气体被释放到大气中,无法被岩石重新吸收”,迈克尔·韦表示,“在地球上,我们也曾有类似的例子。比如,5亿年前与大规模灭绝有关的西伯利亚地盾的形成。但金星的规模更可怕。因为它彻底改变了金星。”
研究小组强调,对于这个猜测,仍然有很多主要问题要回答,包括在遥远的过去,水是否能在金星上存在,以及大量气体释放是一个单一的事件,还是发生在数十亿年前的一系列事件中的一个。
“为对金星的历史和演化有更详细的了解,我们需要进行更多的研究”,迈克尔·韦称,“但我们的模型显示,确实存在一种可能性,即金星可能曾是宜居的,且与我们今天看到的金星截然不同。”
他说,“这或暗示着,在所谓的‘金星带’中发现的系外行星,实际上可能存在液态水且气候温和。”
http://news.china.com.cn/2019-09/24/content_75240760.htm
关键提示:本文提供详细的天文周期和地质旋回年表作对照,以便从中发现规律,预防类似灾害事件的再度发生。
表1 地球自转周期与地质旋回
Table 1 Earth’s rotation periods andgeological cycles
时间 /Ma | 地球 自转 | 全球 气候 | 生物灭绝事件
| 火山喷发 形成物 体积/106km3 | 大气 密度 |
480 | 高峰 | 温暖期 | 北美火山活动高峰 | ||
437 | 低谷 | 大冰期 | 第一次生物大灭绝:4.5亿年前 | 北美火山活动低谷 | 稀薄 |
370 | 低谷 | 大冰期 | 第二次生物大灭绝:3.77亿年前 | 北美火山活动低谷 | 稀薄 |
280 | 减慢 | 北美火山活动减弱 | |||
248 | 减慢 | 温暖期 | 第三次生物大灭绝:2.51亿年前 | 西伯利亚暗色岩 | 浓密 |
230 | 低谷 | 大冰期 | 第四次生物大灭绝:2.03亿年前 | 北美火山活动低谷 | |
160 | 加快 | 三大洋底重大裂解作用 | |||
140 | 加快 | 香港超级火山 | |||
139 | 加快 | 三大洋底重大裂解作用 | |||
120 | 高峰 | 温暖期 | 不明显 (水下喷发) | 翁通爪哇海台 36 | |
120 | 北美火山活动高峰 | ||||
110 | 高峰 | 大规模生物灭绝 | 凯尔盖朗海台 | ||
97 | 三大洋底重大裂解作用 | ||||
65 | 温暖期 | 第五次生物大灭绝:0.65亿年前 | 德干暗色岩 | 浓密 | |
55 | 陆生哺乳动物灭绝 | 北大西洋火山边缘 | |||
25 | 低谷 | 低温 | |||
15 | 加快 | 变暖 | 大规模生物灭绝 | 哥伦比亚河溢流玄武岩1.3 | |
10 | 高峰 | 变暖 | |||
0 | 低谷 | 大冰期 | 第六次生物大灭绝?? | 北美火山活动低谷 | 稀薄? |
3亿年大冰期周期时间表:200万年以来第四纪大冰期;2.8亿年前石炭二叠纪大冰期;5.95亿年前的前寒武纪大冰期。形成原因:与3亿年太阳系的银河年轨道有关。
叶淑华院士指出,在距今0.65~1.4亿年前的白垩纪,地球上发生许多费解的事件:地磁场突然倒转;出现许多黑色岩系,说明此时岩浆活动非常剧烈;大洋洋洋底裂开;大气温度比现在高18℃左右;海平面比现在约高150米;地球的自转变快;古生物大量灭绝;大气中CO2的含量十倍于现在;陨石增多;造山作用弱,夷平作用大。对于这些事件的解释可能是,由于一颗小行星撞击了地球。另外此时的太阳系处于一个特殊的位置,位于银河系的远银心点[38]。
地球自转在4亿年中除了有逐渐减少的长期趋势变化外,还有叠加在其上的周期变化。当月球离地球很近时,朔望月天数将会变化得很快[16]。任振球认为,古地球自转可能存在间隔2亿多年的准周期,其原因可能与小行星或彗星撞击地球等因素有关,图1 给出了朔望月天数变化所表示的地球自转速度变化曲线[17]。从图1中可以看出,1.4亿年中生代,地球自转速度处于高峰;2.3亿年前二叠纪,地球自转速度处于低谷。
Whyte指出,在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期,而旋转减慢时期主要对应了负极性时期,前者如志留纪至早泥盆纪和中生代,这阶段由于地球旋转速度加快,使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代,是地球旋转速度减慢时期,表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明,在几亿年时间尺度上,各种地质旋回有一定程度的相关性存在,与地球自转速度变化相对应[18]。我们讨论了地球自转速度变化、构造运动、地磁极性倒转和灾害性气候相互对应的地球物理机制[1, 15, 19-21]。
图1 近5亿年来朔望月天数的变化[据任振球, 1990 [17]]
地球的重力分异产生地球各圈层的分化和差异旋转,使地壳自转减慢;圈层角动量交换将动能变为热能,使地壳自转加快,这两个过程多次反复,可形成地球自转速度的较长周期变化。能够验证这一变化周期的最有力证据是气候变暖、火山喷发和热幔柱活动的高潮时期与地球自转加快时期相对应,这是圈层角动量交换将动能变为热能积累在核幔边界并释放的结果。
比较图1和图2,其形状的相似性表明地球自转与火山活动的相关性:自转加速对应火山活动高峰,自转减速对应火山活动低谷。白垩纪后地球自转速度的急剧变化在火山活动曲线上没有表现,其原因可能与地核重力分异、小行星或彗星撞击地球等突发因素有关。
图2 北美火山活动曲线[据 Engel and Engel, 1964[23]]
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1318099.html
生物大灭绝形成的要素
1. 轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失,是冰期产生的根本原因。大气稀薄不仅是气温低的原因,也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。比如,火星的公转轨道偏心率最大,为0.093,大气密度为稀薄,表面温度也最低,火星表面平均温度零下55℃。相比之下,地球的偏心率为0.017,处于中等水平,大气密度标准,表面平均温度为15℃,处于间冰期。
2. 轨道偏心率较小的行星大气丢失少,是大气浓密和温暖期产生的根本原因。大气浓密不仅是气温高的原因,也是与温暖期伴随的生物灭绝的原因。金星大气浓密,金星的偏心率最小,为0.007,其表面的平均温度高达462°C,是太阳系中最热的行星。生命无法存在。
3. 来自核幔边界的超级热幔柱喷发,也是与温暖期伴随的生物灭绝的原因。
4. 火山点燃化石燃料层,释放光合作用积累的太阳能量。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1318224.html
行星公转轨道偏心率控制行星大气密度和温度
我们在2006年撰文指出, 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时,太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走,形成背光的“气尾”;当行星向远离太阳的方向运动时,“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次,就失掉相当多的大气质量。
我们在2006年发现,近日行星水星、火星、地球、金星的轨道偏心率分别为0.206、0.093、0.017、0.007,大气浓度分别为极其稀薄、稀薄、标准、浓密。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。大气浓度变化能增强10万年周期作用,给出10万年冰期周期的合理解释。
事实上,近日行星中,水星与火星的公转轨道偏心率最大,分别为0.206和0.093,大气密度分别为极其稀薄和稀薄,表面温度也最低,水星平均地表温度为179℃(最高为427℃,最低为零下173℃,因为距离太阳最近),火星表面平均温度零下55℃。地球的偏心率为0.017,处于中等水平,大气密度标准,表面平均温度为15℃。金星的偏心率最小,为0.007,其表面的平均温度高达462°C,是太阳系中最热的行星。近日行星的数据表明,天文冰期理论得到精准的认证(近日行星公转轨道偏心率大时,大气稀薄,表面温度低)。
近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比,因此,近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多,大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温,大气的流失降低地表气温,这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因,地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067,在偏心率极大值对应冰期的出现。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-436350.html
根据米兰科维奇循环的天文冰期理论:火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期,地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期,金星处于轨道偏心率最小的极热期时期。
轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失,是冰期产生的根本原因。大气稀薄不仅是气温低的原因,也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球公转轨道偏心率变化周期为10万年和41.3万年等,于0.005至0.058之间变化(见米兰科维奇循环)。
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。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态,目前没有成为金星目前状态的可能。
火星的轨道偏心率最大,为0.093,地球的偏心率为0.017,金星的偏心率最小为0.007。在10万年的周期内,地球既不能变为金星,也不能变为火星,地球上的生命也不会完全灭绝。
地球史上的五次生物大灭绝
据科学家探索发现,其实我们所居住和生活的地球已经经历过五次生物大灭绝。
冰期加大气稀薄模式
第一次物种大灭绝发生在4亿4千万年前的奥陶纪末期,由于当时地球气候变冷和海平面下降,生活在水体的各种不同的无脊椎动物便荡然无存。
在距今4.4亿年前的奥陶纪末期,发生地球史上第一次物种灭绝事件,约85%的物种灭亡。古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的。在大约4.4亿年前,撒哈拉所在的陆地曾经位于南极,当陆地汇集在极点附近时,容易造成厚的积冰——奥陶纪正是如此。大片的冰川使洋流和大气环流变冷,整个地球的温度下降,冰川锁住水,海平面降低,原先丰富的沿海生态系统被破坏,导致85%的物种灭绝。
第二次大灭绝发生在3.75亿年前,也就是过了不到1亿年,这次灭绝了一半的海洋生物。海洋生物诡异般地大规模消失了,相比之下,陆地生物却几乎毫发无损。
第二次物种大灭绝发生在泥盆纪晚期,其原因也是地球气候变冷和海洋退却。在公元前约3.65亿年的泥盆纪后期,历经两个高峰,中间间隔100万年,发生地球史上第二次物种灭绝事件,海洋生物遭到重创。
这两次生物大灭绝的原因除了大冰期外,还与地球公转轨道偏心率极大值造成的大气稀薄有关(冰期加大气稀薄模式)。
超级火山加大气浓密模式
第三次大灭绝发生在2.51亿年前,相对于前一次大灭绝,这次也是又过了1亿年,也是史上已知规模最大的一次生物灭绝事件,这一次有70%的陆地生物灭绝了,96%的海洋生物灭绝了。科学家认为,灭绝原因比较复杂,可能是由于火山大规模喷发制造了大量的酸性颗粒和温室气体,不仅妨碍植物的光合作用,还推动全球气温急剧上升。与西伯利亚暗色岩喷发有关,还与地球公转轨道偏心率极小值造成的大气浓密有关(超级火山加大气浓密模式)。
第四次灭绝发生在2亿年前,和第三次时间只差了5000万年。这一次有50%的物种灭绝了,原因不明,但为恐龙成为地球上生物链的霸主扫清了障碍。
第五次大灭绝相信大家都不陌生,在6500万年前,一颗小行星撞击了尤卡坦半岛,大量灰尘进入大气层,在随后的1年时间内都是遮天蔽日,日照量锐减令植物大批死亡,随着生态系统瓦解,75%的物种惨遭灭绝,其中就包括恐龙。与印度大陆德干暗色岩暗色岩喷发有关,还与地球公转轨道偏心率极小值造成的大气浓密有关(超级火山加大气浓密模式)。一系列的灾难最终导致全球约17%的科、50%的属、75%的物种灭绝,灭绝事件的规模在5次大灭绝事件中排名第2。
行星轨道偏心率控制温室气体
谁控制了行星的温室效应?是太阳风和行星轨道偏心率。当代科学研究一致相信温室效应控制了行星的冷暖,但是,太阳风和行星轨道偏心率对行星温室气体(包括水蒸气、二氧化碳和甲烷)具有定时清除作用。这是10万年天文周期形成冰期的原因。
我们在2006年发现,水星、火星、地球、金星的轨道偏心率分别为0.206、0.093、0.017、0.007,大气浓度分别为极其稀薄、稀薄、标准、浓密。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。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。
在第四纪大冰期,地球轨道偏心率在0.0005和0.0607之间变动,导致冰期10万年周期的发生。下一次地球轨道偏心率的极大值将继续清除温室气体,准确迎来下一次冰期。
地球轨道偏心率的极大值不仅具有10万年和40万年周期,而且具有2.5亿年周期。地球仍处于第四纪大冰期,与中生代的温暖期相距甚远,全球变暖不会形成类似中生代的灾难。
对于轨道偏心率最小且有微弱磁场的金星而言,较轻的氢和氧被太阳风吹走,较重的二氧化碳被留在表层,这是金星有浓密大气、高浓度温室气体和高温的原因。
表1 地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转(SteinerJ,1967; 杨学祥等,1998;杨冬红等,2013)
地质界线 | 新生代/现在 | 中生代/新生代 | 侏罗纪/白垩纪 | 古生代/中生代 | 石炭纪/二叠纪 | 下古生代/上古生代 |
年代/102Ma | 0 | 0.65 | 1.36 | 2.25 | 2.80 | 3.45 |
地壳自转 | 减慢 | 加快 | 减慢 | |||
火山活动 | 喷发最弱 | 喷发中等 | 喷发最强 | 喷发中等 | 喷发最弱 | 喷发中等 |
海陆变动 | 大陆为主最大海退 | 由主要是海变为大陆 | 最大海侵 | 由主要是大陆变到海 | 大陆为主最大海退 | 由主要是海变到大陆 |
气候变化 | 第四纪大冰期 | 温暖期 | 石炭二叠纪大冰期 | |||
陆海分布类型 | 大陆集中在北极 | 大陆分散在赤道 | 大陆集中在南极 | |||
造山作用 生物灭绝 | 第三纪大褶皱 | 白垩纪恐龙灭绝 | 石炭二叠纪大褶皱 | |||
地磁极性 轨道偏心率 温室气体 | 反向 变大 减少 | 正向 变小 增多 | 反向 变大 减少 |
参考文献
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https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/1/434569.shtm
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