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火星和金星的现状以及地球的未来

2015-6-6 00:56| 发布者: 华科网站长| 查看: 2114| 评论: 3|原作者: PBS

太阳系中的类地行星(Terrestrial planet),又称地球型行星Telluric planet)或岩石行星Rocky planet)都是指以硅酸盐岩石为主要成分的行星。英文字根源自拉丁文的“Terra”,意思就是地球或土地,加上对象是行星,因此在二合一下采用“类地”行星这个译名。这四颗太阳系行星又称内行星(Inner planets),取名于最接近太阳。


同时也是地球的内外两侧最近邻居火星和金星,是最接近地球地质性质的太阳系行星,它们的演变结局与地球的未来也许有极大地相关性。


金星同地球差不多大小而火星的直径与地球的半径差不多(下图从左至右分别是水星,金星,地球和火星,这四个行星属于类地行星)。


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90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,金星地表温度达到500度。


火星大气中主要成分也是CO2,(95%),地表温度白天28度,晚上-132度,平均-57度。表面平均气压只有600帕,相当于地球表面算起35公里高的气压,另外虽然火星大气中二氧化碳量是地球之数倍,但因缺乏水汽,所以温室效应只有10℃,比地球的33℃低。


这是今天的火星和金星大气性质,其特点是无水无氧。但在地质历史上,水的存在曾经是这两个行星的特征之一,只是在漫长的行星演化过程中,水逐渐从火星金星表面消失了。


导致火星和金星失去大气水的原因是这两个行星的磁场太弱。


火星尽管自转周期和地球差不多,但火星磁核发电机在40亿年前基本停止运转,部分硫化铁磁核还在融化状态,但磁场太弱;


金星的地核是液态铁,由于金星的自转同公转同步,因切割磁感线太慢而产生太弱的磁场。


这样一来,太阳风就可以毫无缓冲阻挡地撞击金星火星上层大气。太阳风的攻击让上层大气的水蒸气分解为氢和氧。氢原子因为质量小逃逸到了太空,而氧元素则与地壳中的物质化合(形成红色氧化物),因而在金星和火星的大气中都没有氧气。


回头来看地球,地球大气中CO2含量极低(0.04%),主要是氧气(21%)和氮气(78%),还有部分惰性气体氩气(0.9%),其它就是水蒸汽了。按照空气湿度的不同空气中可以含0至4%体积比的水蒸汽。一般空气中水蒸气的含量在0.1%体积比(极地)至3%体积比(热带)之间。地面附近的水蒸气平均含量为1.3%。


地球的自转角速度是公转的365倍,地球具备一个液态的铁地核,而形成一个较强的地磁场,所以地球可以有效地抵御太阳风的影响。是否具有了这样的防御体系,地球就可以逃脱火星金星的下场呢?


答案不是那么乐观。


尽管地球有较强地磁场,高空空气中水蒸汽含量比较低,水的分解还是在不停进行之中。在地球的演化史中,地球还是一直在“漏气”和“脱水”——由于水汽分解后的氢气在不停地抵抗地球重力而逃脱地球。目前这个速度极慢,每秒钟地球损失3公斤氢气,50克氦气(源自地球内部重核元素的裂变)。尽管这个速度慢,在地质年代的情况下造成的后果还是很大的。


地质研究发现,30亿年前,地球表面覆盖着更多的水(全部覆盖)。也就是那么多的水,生命演化才能在水中发生,演化产物可以全球扩散交流而导致生命起源现象的普遍性和统一性,产生了大量水生动物;随着漏气脱水,氧气的浓度越来越高,水位越来越低,更多的陆地露出水面,生物开始爬上陆地而形成陆生生物最终进化到人类。


从地质研究考察发现,在一开始地球空气中没有氧气,在23亿年前,脱水效应最终显现,上了岸的陆地生物的大规模光合作用造成氧气大量释放,氧气开始在地球大气中积累,达到目前21%的水平。

因此1亿年前出现的氧气浓度快速上升不是地球脱水加快的原因,而是地球上陆地生物的光合作用释放的氧气导致的(当然是脱水漏气的间接作用)。


随着地球继续这个漏气脱水的过程,在30亿年后,地球的水脱得相当厉害,届时只有在极地区还能有水保持,其余地区将是沙漠地带。


下图从左到右给出了地球的30亿年前,今天和30亿年后的模样:

2

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

刚表态过的朋友 (2 人)

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引用 PBS 2015-9-13 08:50
侯振宇: 大约四十亿年前太阳开始热核聚变反应之时,就是太阳系物质凝聚的顶点;由此时起只有在初期火木轨道之间的大行星浑沌被撞碎解体木、土、天王星、海王星还有物质收 ...
今天美国NASA放出一批新的冥王星照片,可以去看看。
引用 侯振宇 2015-9-13 08:44
大约四十亿年前太阳开始热核聚变反应之时,就是太阳系物质凝聚的顶点;由此时起只有在初期火木轨道之间的大行星浑沌被撞碎解体木、土、天王星、海王星还有物质收获外,其余阶段太阳系之太阳与各大行星都处于失去状态,地球自然在其中,金星也不例外。
引用 MIT-EM 2015-6-6 05:16
好文。

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