Освоение Венеры

[LonelyWanderer]

Судя по карте Венеры, где видно отсутствие возможных суперконтинентов, вполне достаточно было бы и 60 процентов площади морей, и континентальность нигде бы не была больше земной благодаря довольно равномерно распределенным суше и морям. Итого, действительно, 500 метров.
А большая глубина земных морей, наверное, как-то связана с движенией литосферных плит, опусканиями и поднятиями земной коры.  Вода, конечно, на Венере надавит на кору и немного опустит, но 500 метров  воды только исходя из соотношения плотности воды и горных пород сможет опустить дно метров на 150. Ну, допустим, получим среднюю глубину морей 650 метров, что все равно в 6 раз меньше земной толщи.  А взяв меньшую площадь предполагаемого океана, получим только порядка 10 процентов от земного количества воды. Кроме того, отсутствие движения литосферных плит и появившаяся водная эррозия начнут активно сглаживать рельеф, дно морей будет заполняться илом и т.д (хотя, конечно, процесс это медленный). Но опять же, расход воды на кристаллокидраты...

[alexday457]

Венеру само сложно терраформировать это надо быть цивилизацией 2 уровня!!

[Ремвер]

По энергозатратам, допустим, тераформирование Венеры будет сопоставимо с организацией колонии на одной из подходящих экзопланет в десятках св. лет от Земли. Но выгода здесь в синергетическом эффекте. Большая плотность населения в единице объёма космоса, намного более плотный информационный и коммуникационный трафик, короче обитаемой Венере - быть!

[Ремвер]

Вообще Венера достаточно гладкая планета, видимо, самая гладкая из планет земной группы. 82% процента площади зажата между высотами -1 и +1 км. На Земле перепады с учётом ложа океана намного больше. Т.е. при разумном соотношение суша/океан океан на Венере был бы существенно более мелководным и имел бы в несколько раз меньший объём. Т.е. если его провести по нулевой отметке высот, то его площадь получилась бы около 60% поверхности планеты, а средняя глубина всего около 500 метров

Получается, площадь глобального венерианского океана равнялась бы 270 млн. кв. км., а площадь суши составляла бы 190 млн. кв. км -  больше, чем на Земле. Хотя, всё равно, на Венере тогда получилось бы всего лишь три континента - гигантский Афродита и парочка поменьше - Иштар и Лада. И, конечно, огромное множество островов. Так что районы с континентальным климатом всё равно занимали бы ограниченное распространение.

[Ремвер]

При том типе циркуляции, который получается, осадки в виде дождя и снега на ночной стороне практически исключены (это температура поверхности будет сильно различаться, а на осадки влияет не температура поверхности, а температура тропопаузы, а там всё будет совсем по-другому (скажем на Земле тропопауза над экватором холоднее, чем над Антарктидой  )). Ну разве что только роса или иней.

Здесь хотелось бы уточнить. В приведённой на предыдущей странице работе показана схема циркуляции воздушных масс на медленно вращающейся планете. Из неё следует, что в подсолнечной точке располагается центр активного циклона, к которому с окраин (терминатора) по спирали поступают воздушные массы. Т.е. в "соларном" пятне восходящие потоки с конденсацией влаги на высоте и её выпадением в виде ливней, а в районе терминатора (полярные районы и области фактического утра и/или вечера) - нисходящие, с сухой безоблачной погодой. Но, тогда и в центре ночной стороны должен быть циклон? Ведь от терминатора воздух поступает и на ночную сторону? Или конвекционная ячейка способна занимать не 180, а все 360 градусов? Тогда да, по всей ночной стороне будет разве что роса выпадать.

[Ремвер]

А вообще, с такой сложной конфигурацией воды и суши, погода может быть весьма непредсказуемой. Всякие бризы, муссоны, тайфуны...

[AlexAV]

Здесь хотелось бы уточнить. В приведённой на предыдущей странице работе показана схема циркуляции воздушных масс на медленно вращающейся планете.

Общая схема циркуляции следующая. Воздушная масса нагревается в подсолнечной точке и поднимается в верхнюю тропосферу, адиабатически охлаждается и отдаёт большую часть воды в форме осадков, далее движется вдоль верхней тропосферы на тёмную сторону, где снова опускается и при этом адиабатически нагревается (а относительная влажность соответственно уменьшается, что и исключает облачность и осадки) и передаёт тепло охлаждающейся за счёт излучения поверхности, после чего движется с темной стороны на светлую уже вдоль поверхности планеты. Т.е. при такой циркуляции всю планету охватывает единственная конвективная ячейка.

по спирали поступают воздушные массы

Спирали почти не будет из-за слабости силы Кориолиса, т.е. воздушные потоки в первом приближении будут течь вдоль дуг, соединяющих подсолнечную точку с противоположной ей ночной (у поверхности с ночной стороны на дневную, а в верхней тропосфере, наоборот, с дневной на ночную).

А вообще, с такой сложной конфигурацией воды и суши, погода может быть весьма непредсказуемой. Всякие бризы, муссоны, тайфуны...

Ну локальный климат в каждой точке, конечно, же будет определяться не только достаточно устойчивыми особенностями глобальной циркуляции, но и рельефом (расстояние до океана, расположение горных хребтов, высота и т.д.). И на этом уровне естественно будет достаточно большое разнообразие. Глобальные особенности циркуляции определяют статистическую распространённость тех или иных климатических условий, но не точную погоду в каждой конкретной точке.

[Ремвер]

Т.е. при такой циркуляции всю планету охватывает единственная конвективная ячейка.

Хм... Тогда всё же не будет аридных областей в полярных районах. Кол-во осадков по всей планете будет более-менее равномерным, только на экваторе будут резкие колебания влажности, в отличие от полюсов.

[AlexAV]

Хм... Тогда всё же не будет аридных областей в полярных районах. Кол-во осадков по всей планете будет более-менее равномерным, только на экваторе будут резкие колебания влажности, в отличие от полюсов.

Распределение осадков по поверхности в координатах взятых относительно подсолнечной точки будет очень похоже на распределение осадков по медленно вращающейся приливно-захваченной планете с тем отличием, что географическая точка относительно подсолнечной всё же будет двигаться. Для приливно-захваченной планеты климат и распределение осадков посчитано здесь. Вот распределение осадков и испаряемости относительно подсолнечной точки (смотреть надо левую часть картинки которая для медленно вращающейся планеты, правая - это другой случай, т.е. для быстровращающейся (т.е. с периодом обращения вокруг оси 24 часа)):



Т.е. количество осадков монотонно падает от подсолнечной точки к терминатору. Поскольку полюса будут всегда обитать почти на терминаторе, то количество осадков там всегда будет очень мало, а испаряемость несколько больше осадков. Это соответствует климату сухой степи или полупустыни.

[ВадимZero]

Кстати, для планет с одной конвективной ячейкой атмосферы должно наблюдаться сильное насыщение верхних слоев атмосферы парами воды. Ну и как следствие потерю воды через фотолиз. Да и озоновый слой, защищающий от ультрафиолета сформироваться не может. Потому возможно и не стало воды на Венере. Возможно потерю воды ждет почти каждая приливнозахваченая планета.

[Инопланетянин]

А холодная ловушка? У теперешней Венеры она есть.

[ВадимZero]

А холодная ловушка? У теперешней Венеры она есть.

У теперешней Венеры много СО2, который хорошо излучает тепловую энергию. Кроме того, поскольку в такой атмосфере существует постоянных ветер, он может подхватывать маленькие кристаллики льда и выносить в верхние слои где выше температура и интенсивно идет фотолиз. Ну и озонового слоя нет, значит ультрафиолет глубже проникает в атмосферу.

[AlexAV]

Кстати, для планет с одной конвективной ячейкой атмосферы должно наблюдаться сильное насыщение верхних слоев атмосферы парами воды.

И собственно откуда это вы взяли? Конечно ничего подобного не будет. Кстати в модели, на которую я уже ссылался, уровень паров в стратосфере подсчитан. Если снабдить Венеру атмосферой земли, то концентрация пара в стратосфере будет около 2 ppmv, если поднять давление до 2 бар, то 0,3  ppmv. На земле сейчас 1,5 ppmv, т.е. никакого значимого различия.

Высотный профиль температур в тропосфере в любом случае близок к адиабатическому в независимости от особенностей конвекции в атмосфере. В результате если атмосфера достаточно плотная в верхней тропосфере формируется холодная ловушка не пропускающая пар выше. От того является ли планета быстро вращающейся или медленно - это не зависит.

Здесь есть правда один момент. Атмосфера должна быть достаточно плотной, чтобы водяной пар не слишком влиял на показатель адиабаты. Скажем если содержание водяного пара превышает некоторую критическую величину (если не ошибаюсь около 20%) из-за малого показателя адиабаты в сочетании с радиационным переносам энергии холодная ловушка не образуется и пар прорывается в верхние слои атмосферы. Правда если это происходит, то потеря воды (которые в присутствии значительного количества свободного кислорода вообще практически невозможны из-за обратной реакции, в не зависимости от интенсивности фотолиза) становятся наименьшей проблемой из всех. Просто после этой точки начинается саморазгоняющейся влажный парниковый эффект и планета превращается в крематорий.
 

[ВадимZero]

И собственно откуда это вы взяли?

Ну если мы имеем сложную многоячеистую атмосферу вроде земной, то ее ячейки вертикально достаточно изолированы. А в одно ячеистой атмосфере, любая молекула та что внизу обязательно окажется на верху. Потому должен существовать механизм мешающий этому. Был приведен пример с холодной ловушкой. Да основная влага выпадет в осадки. Но веть какая то часть влаги может быть вынесена в виде мельчайших пластинок льда, в те слои атмосферы где температура повышается с высотой. Просто за счет силы восходящего потока.

Конечно ничего подобного не будет.

Возникает вопрос тогда...собственно куда делась вода с Венеры? Высказывалось мнение что ее изначально было мало, поскольку это летучая компонента. Но веть азот тоже летучая компонента, а его на Венере в четыре раза больше чем на Земле.

Правда если это происходит, то потеря воды (которые в присутствии значительного количества свободного кислорода вообще практически невозможны из-за обратной реакции, в не зависимости от интенсивности фотолиза) становятся наименьшей проблемой из всех.

Ну если у вас атомарный водород объединился в молекулу водорода, то как я понимаю при комнатных температурах он почти не с чем не реагирует. Очень крепкая связь в Н2.

[AlexAV]

Но веть какая то часть влаги может быть вынесена в виде мельчайших пластинок льда, в те слои атмосферы где температура повышается с высотой. Просто за счет силы ветра.

Нет. На уровне тропопаузы вертикальных конвективный поток полностью исчезает. Такой вынос практически исключён. Пар туда попадает исключительно в результате диффузии и его количество ограниченно давлением насыщенного пара на уровне тропопаузы (а оно в результате формирования холодной ловушки очень низкое).

Ну если у вас атомарный водород объединился в молекулу водорода, то как я понимаю при комнатных температурах он почти не с чем не реагирует. Очень крепкая связь в Н2.

Нет. В той области где возможен фотолиз воды одновременно при наличие молекулярного кислорода идёт и его фотолиз с образованием атомарного кислорода. При низких давлениях время жизни атомарного кислорода весьма велико (почти все процессы его гибели - тримолекулярные) в результате чего в верхней атмосфере его количество достигает десятков процентов.   

А реакция H₂ + O = OH + H идёт очень быстро.

Возникает вопрос тогда...собственно куда делась вода с Венеры?

Задам встречный вопрос. Если вода исчезла в результате фотолиза, то куда делся кислород? Если бы количество воды на Венере было бы соизмеримо с земным, то объём выделившегося при этом кислорода соответствовал бы атмосферному давлению в 270 бар. Где он?

Вообще вопрос исчезновения воды на Венере скорее связан с химией ранней литосферы, чем с фотолизом.

[ВадимZero]

Вообще вопрос исчезновения воды на Венере скорее связан с химией ранней литосферы, чем с фотолизом.

Кстати сейчас подобные процессы могут идти?

[LonelyWanderer]

Я думаю, что изначальное количество воды на Венере было меньше, чем на Земле, грубо в 2-3 раза. Потому что во-первых, Венера ближе к Солнцу, в первичном материале могло быть меньше воды. Во-вторых реже происходили падения астероидов, богатых водой чем на Земле, потому что как правило чем дальше они от Солнца, тем богаче водой. В-третьих, видимо, меньшая по сравнению с Землей вулкническая активность, поставляющая воду (отсутствие литосферных плит, „огненных поясов”). Но тут тоже, речь идет о выделении воды не на порядки меньше, а разы. В четвертых ближе Солнце, и быстрее процесс выветривания солнечным ветром, чем на Земле. В пятых нет магнитного поля, что также влияет на интенсивность убегания. В шестых несколько меньше гравитация. Не намного, но если перемножить все эти и возможно другие факторы, указанные в постах выше, то в их общей совокупности исход всего водорода вполне становится вероятным. А азот все таки куда тяжелее убегает, чем водород, вот он и остался почти в полном обьеме. Куда делся кислород? Туда же, куда он уходил в ранней Земле и Марсе - окисление горных пород, и связывание первичного метана  в существующую сегодня углекислоту.
В общем возможная гидросфера  на Венере не слишком долговечна, хотя совершенно непонятно, насколько, но скорее всего речь идет о довольно продолжительном сроке минимум - сотни миллионов лет (все же планета довольно увесистая), максимум 2-3 миллиарда лет (должно быть меньше возраста планеты, иначе мы бы наблюдали сейчас там воду). И даже скажу, что может и больше, ведь если изначально воды на Венере было меньше, чем на Земле, например раза в 2, то если она улетучилась окончательно относительно недавно, то при изначальном земном количестве мы бы сейчас могли наблюдать массивные водяные облака, с которых, думается, и диссипация будет быстрее.

[AlexAV]

Для вторичного заселения, но не как собственная жизнь и цивилизация. Собственно, реальная Венера это нам подтверждает.

По части вопроса как Венера докатилась до жизни такой есть довольно интересная работа.

Суть состоит в том, что если океан испаряется и вокруг планеты образуется плотная паровая атмосфера, то если поток солнечного излучения превосходит некоторый критический порог, то обратно он конденсироваться не может. Т.е., по сути, получается, что в области, где находится Венера, у планеты может быть не одно, а два устойчивых состояния. Первое - атмосфера умеренной плотности с океаном и умеренной температурой, второе - крематорий с испарившимся океаном, плотной паровой атмосферой и температурой свыше 1000 градусов. Если поток солнечного излучения там был выше критического изначально, то жидкий океан с самого начала не мог образоваться, и на планете исходно был крематорий. Однако с учётом меньшей светимости солнца на ранних стадиях его эволюции Венера попадает в пограничную область и в принципе возможно, что первоначально океан сконденсировался. В этом случае переключение в режим крематория могло произойти позже. Скажем так...

http://rutube.ru/video/f72d51ac54e63e8c4b94982015224abd/

(при ударе тела в сто километров и более энерговыделения было бы достаточно для полного испарения океанов, в этом случае необратимого)

Теперь что касается вопроса куда делась вода. Здесь стоит обратить внимание на реакцию вроде:

3FeO + H2O = Fe3O4 + H2

Термодинамически она разрешена. Т.е. вода (особенно при высокой температуре) могла поглощаться напрямую литосферой. Водород естественно улетучивался в космос.

[LonelyWanderer]

может какая то часть (но далеко не вся, ибо целый океан - это слишком много, чтобы быть просто поглощенным горными породами) и была поглащена, но правильнее все же говорить о совокупности всех факторов, а их, в сравнении с Землей много, и даже если каждый дает лишь несколько процентов, то все вместе взятые - полностью уничтожают воду.

[AlexAV]

В четвертых ближе Солнце, и быстрее процесс выветривания солнечным ветром, чем на Земле. В пятых нет магнитного поля, что также влияет на интенсивность убегания. В шестых несколько меньше гравитация. Не намного, но если перемножить все эти и возможно другие факторы, указанные в постах выше, то в их общей совокупности исход всего водорода вполне становится вероятным.

Для планеты массой с Землю или Венеру это вообще ни на что не влияет.

 

В общем возможная гидросфера  на Венере не слишком долговечна, хотя совершенно непонятно, насколько, но скорее всего речь идет о довольно продолжительном сроке минимум - сотни миллионов лет (все же планета довольно увесистая), максимум 2-3 миллиарда лет (должно быть меньше возраста планеты, иначе мы бы наблюдали сейчас там воду).

Чушь. Есть прямые измерения скорости потери воды аппаратом Venenus-Express и получается, что она ничтожна. Такими темпами как теряет воду Венера сегодня приличный океан может диссипировать триллионы лет. Это факт. А учитывая, что при наличие холодной ловушки  концентрация водяного пара в верхней атмосферы от количества воды на планете не зависит, то можно говорить, что потери воды просто в следствие фотолиза для Венеры ничтожны и объяснить её исчезновение не могут.

На ранней стадии должен был существовать некий совершенно другой механизм потери воды, которого сейчас уже нет.