Внутренний край зоны обитаемости

[AlexAV]

Кислород ушел на связывание горными породами, как на Марсе.

Какими именно горными породами? В коре планеты есть только один массовый элемент, который может связать большой объём кислорода - железо.  В литосфере Земли около 2 10²² моль Fe, что может связать около 1 10²²моль кислорода воды. Это 1,8 10²⁰ кг. Масса гидросферы земли (не считая ещё воды в гидратированных минералах) 1,5 10²¹ кг. Т.е. такое объяснение работает только если воды там исходно было на порядок меньше.

Более того, значительная часть железа земной коры собственно окислена. Т.е. объём кислорода (воды) который потеряла Земля на окисление литосферы вполне соизмерим с тем, который потеряла Венера. Просто там после этого вода закончилась совсем. А на земле ещё что-то осталось.

Посчитал я по формуле черного тела (где мощность излучения пропорциональна температуре в 4 степени) температуру поверхности Венеры, если бы она оказалась сейчас на орбите Земли, и получилось у меня 360 градусов цельсия.

Этот пересчёт не имеет никакого смысла. Т.е. парниковый эффект не линеен. Надо учитывать смещение спектра излучения поверхности, величины уширения линий и т.д.

Как образовались океаны на Земле тогда? С одной стороны, молодое солнце, на 30-40 процентов слабее.

Да собственно никаких проблем здесь нет и необходимости особых случайностей тоже. В катархее атмосферы на планете практически нет. А далее она начинает постепенно заполняться в результате дегазации. За один вечер же атмосфера в 90 бар не появляется, на это требуются сотни миллионов - миллиард лет. При этом на определённом этапе дегазации формируется океан и углекислота начинает быстро связываться (углекислая атмосфера при наличии жидкой воды полностью поглотиться за время ~15 млн. лет, что очень маленькая величина по сравнению с темпами нормальной дегазации).

Если бы на земле Венере геохимия была бы такая же как на Земле, то там было бы также и сегодня на её месте находился чуть более тёплый аналог земли. Но видимо воды там исходно было существенно (на порядок или более меньше), а вот железа больше.

Кроме того предполагается, что в состав литосферы в катархее входило какое-то количество свободного железа. А этот минерал представляет для воды существенную опасность. Т.е. в присутствии воды довольно быстро идут процессы типа Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + H2.

При земном количестве воды и железа в их результате теряется лишь не большая часть первоначальной воды. Венера же имела существенно меньшее количество воды и вероятно большее железа (ведь она формировалась из вещества более близкого к звезде, а значит обеднённого летучими веществами). В результате от воды в следствие подобных процессов уже на ранней стадии ничего не осталось. И уже не было механизма, который мог эффективно воспрепятствовать накоплению углекислого газа в атмосфере.

[L_Pt]

Я более склонен согласиться с теорией Давида Гринспуна, о том, что часть свой ранней истории Венера имела-таки гидросферу, которую потеряла в результате катастрофического парникового эффекта.

Была б на Венере гидросфера, никакого катастрофического парникового эфекта и не было. Весь выделяемый вулканами углекислый газ быстро возвращался б назад в литосферу в виде карбонатов.

[EvilShurik]

Но на орбите Венеры освещённость выше в 2,25 раза! А для Земли повышение солнечной радиации всего на 20% уже означает необратимый парниковый эффект! Если время поглощения углекислоты из атмосферы пятнадцать миллионов лет, то вполне возможен такой сценарий климатической катастрофы:
где-то шестьсот миллионов лет назад на Венере, тогда ещё имевшей гидросферу, началось покровное извержение лав, в масштабе извержений, образовавших сибирские траппы. За миллионы лет выделилось количество углекислоты, достаточное для запуска необратимого парникового эффекта, а поглотиться она уже не успевала...

[LonelyWanderer]

Так воды на Венере похоже меньше и выделилось, т.к. уровень вулканической активности на Венере был, по-видимому ниже земного всегда. Вот и получилось, что весь кислород был связан, т.к. его было не так и много. И первичная атмосфера Венеры не была полностью потеряна, поэтому там  все время было жарко, и сколько воды бы не выделилось - было бы слишком жарко для обазования океанов.
А вторичная атмосфера Земли образовалась очень быстро, далеко не миллионы лет. Представляете, как Земля выглядела сразу после столкновения с Тейей? Сплошной вулкан. И углекислота и вода в атмосфере организовались довольно быстро, но так, как после столкновения Земле нужно было время на то, чтобы остыть, то это просто чудо, что смогли образоватся океаны до того, как парниковых газов в атмосфере стало слишком много. Быть может, на полюсах это стало возможным.
Таким образом, образование океанов в зоне жизни - слишком маловероятное событие. Они могут образоваться снаружи зоны жизни, когда солнечного света недостаточно, чтобы выпарить океаны, но тогда, после поглощения углекислоты, они замерзают - сценарий Марса даже при земных размерах.
Тут физика такая - мощная первичная атмосфера не дает в зоне жизни образоваться океанам (Венера на орбите Земли имела бы градусов 360, а с обилием воды и давлением хотя бы 200-300 атмосфер - еще выше). А если планета дальше земной орбиты, и температура мощной парниковой атмосферы с большим количеством воды падает ниже 300 градусов, то океаны образуются, но в процессе связывания углекислоты они замерзают, как на Марсе.
Таким образом должа произойти цепочка благоприятных событий (столкновение с Тейей, потеря первичной атмосферы, образование спутника, магнитного поля, загрязнение воздуха вулканической пылью, возникновением тектонических плит и.д),чтобы океаны образовались именно в зоне жизни, а не во вне (200-250 млн км, где более вероятно образование океанов), и просуществовал миллиарды лет вместе с возникновением и эволюцией жизни.
Таким образом гипотеза уникальной Земли очень вероятна. Я конечно,не утверждаю, что только она одна верна, но привел сценарий, показал температуры и давления, показывающие, что эта гипотеза возможна.

[AlexAV]

Так воды на Венере похоже меньше и выделилось, т.к. уровень вулканической активности на Венере был, по-видимому ниже земного всегда.

Согласен что меньше. Причём видимо видимо не меньше чем на порядок. Вообще-то этого достаточно. Других причин искать нет смысла. Исчезла вода (а земная кстати тоже терялась, просто на фоне её очень большого количества данные явления были несущественны) - нет связывания СO2 - постепенный рост давления - катастрофический парниковый эффект. Все остальные сущности здесь излишни.

А вторичная атмосфера Земли образовалась очень быстро, далеко не миллионы лет.

Вообще-то нет. Вот оценки скорости дегазации углекислого газа на земле.



Это весьма постепенный процесс. Даже в максимуме процесса не более 1,4 бар за миллион лет.

Таким образом, образование океанов в зоне жизни - слишком малрверлятное событие. Они могут образоваться снаружи зоны жизни, когда солнечного света недостаточно, чтобы выпарить океаны, но тогда, после поглощения углекислоты, они замерзают - сценарий Марса даже при земных размерах.

Предпосылки к такому выводу не ясны.

аким образом должа произойти цепочка благоприятных событий (столкновение с Тейей, потеря первичной атмосферы, образование спутника, магнитного поля, загрязнение воздуха вулканической пылью и.д),чтобы океаны образовались именно в зоне жизни, а не во вне (200-250 млн км, где более вероятно образование океанов).

Кому нужна эта Тея? Зачем вообще необходим спутник? И зачем потребовалось магнитное поле ( диссипация под действием солнечного ветра всё равно ничтожно мала)?

[SY]

Eсть еще теория кометного происхождения воды при поздней тяжёлой бомбардировке(при перестроении планет-гигантов).  В результате этого большие массы летучих веществ из холодных областей СС вернулись во внутреннюю часть СС.
Тогда получается, что до орбиты Венеры почему-то мало комет долетело.
Наверное, это вызвано не равномерным распределением комет в зависимости от расстояния до Солнца в перегелии - чем ближе к Солнцу перегелий, тем меньшее количество комет имело такую орбиту.

[AlexAV]

Если время поглощения углекислоты из атмосферы пятнадцать миллионов лет

Учитывайте увеличение скорости химических реакций с ростом температуры. На каждые десять градусов повышения температуры время будет  сокращаться приблизительно в два раза.

[AlexAV]

Eсть еще теория кометного происхождения воды во время поздней тяжёлой бомбардировке(при перестроении планет-гигантов).  В результате этого большие массы летучих веществ из холодных областей СС вернулись во внутреннюю часть СС.
Тогда получается, что до орбиты Венеры почему-то мало комет долетело.

Тоже вариант. В любом случае количество воды, которое выделялось/попало на Венеру на ранних стадиях её эволюции видимо было сильно меньше чем на Земле. Это и является первопричиной её проблем с климатом.

[LonelyWanderer]

График не понятен, почему там такой всплеск  2.7 млрд; лет назад? И что выходит, после столкновения с Тейей, когда на Земле было не то, чтобы много вулканов, а она, возможно, вообще была частично расплавлена, не образовалось существенной парниковой атосферы? Дегазация в тот период должна была быть просто сумасшедшей. Но видимо, кора образовалась и застыла довольно быстро. К тому времени давление вполне могло быть не менее, чем десятки атмосфер. Но помимо того была и вулканическая пыль, и температура  потому и оказалась ниже температуры кипения воды (а это 200-300 градусов,  в зависимости от давления, которое было). В тот и была роль Тейи - удалить первичную атмосферу, т.е. понизить парниковый эффект,  создать условия для существования большого количества пепла в атмосфере, сдерживающего парниковый эффект. А магнитное поле - для уменьшения диссипации. Хотя при таком выделеним воды, что имело место быть на Земле, вся вода, конечно, не успела бы убежать и к сегодняшнему дню. Ну и тектоника, круговорот углерода, хотя это явяется положительным фактором, но не обязательным. Без нее жизнь была бы скуднее, но имелась бы. Но не будь Тейи, возможно тут была бы 2-я Венера, практически полная копия, только с температурой градусов на 100 ниже.

[LonelyWanderer]

Я , кстати, предполагал недавно, в другой теме, что у Венеры тоже была Тейя - Меркурий,  но та не врезалась, а чиркнула Венеру в подсолнечной точке, чем Венера и Меркурий потеряли вращение, Меркурий - орбитальную скорость, с выходом на низкую эллиптическую орбиту. Венера поэтлму лишь частично потеряла первичную атмосферу. Не будь такого столкновения (а оно скорее всего было, обратное вращение объяснить как-то надо), и не потеряй Венера первичную атмосферу, там парниковые условия были бы еще хуже.

[Arton]

вряд ли бы Земля на венерианской орбите смогла бы прийти в сегодняшнее состояние. Слишком жарко.

Если убрать с Земли парниковый эффект, то температура нашей планеты понизиться до 249 ⁰К (-24 ⁰С). А если убрать парниковый эффект с Венеры, то ее температура поверхности упадет до 231 ⁰К.

И где тут у вас слишком жарко?

Так, что не стоит обольщаться сознанием того, что «вряд ли бы Земля на венерианской орбите смогла бы прийти в сегодняшнее состояние».
Все различие в эволюционных путях Земли и Венеры обусловлено исключительно различием парниковых эффектов на этих планетах.

[LonelyWanderer]

вряд ли бы Земля на венерианской орбите смогла бы прийти в сегодняшнее состояние. Слишком жарко.

Если убрать с Земли парниковый эффект, то температура нашей планеты понизиться до 249 ⁰К (-24 ⁰С). А если убрать парниковый эффект с Венеры, то ее температура поверхности упадет до 231 ⁰К.

И где тут у вас слишком жарко?

Так, что не стоит обольщаться сознанием того, что «вряд ли бы Земля на венерианской орбите смогла бы прийти в сегодняшнее состояние».
Все различие в эволюционных путях Земли и Венеры обусловлено исключительно различием парниковых эффектов на этих планетах.

Вы говорите о готовом варианте, где каким- то расчудесным образом, удалидась парниковая атмосфера. Но если так судить, то зону жизни можно и до Меркурия подвинуть, если понизить на Земле давление до 0.3-0.4 атм, и тогда в Антарктиде будут бегать верблюды и жувать колючку.
Но мир не волшебная  сказка, условия для жизни должны возникнуть сначала, а потом зона жизни уже раширится. Так вот вопрос в том, что сами условия возникают, возможно только вне зоны жизни, - ближе к орбите Марса

[AlexAV]

Вы говорите о готовом варианте, где каким- то расчудесным образом, удалидась парниковая атмосфера.

Да туда же, куда и на земле. А возможности для этого определяются прежде всего исходной геохимией планеты. Т.е. химическим составом вулканических газов (это совсем не мировая постоянная), темпами и объёмом дегазации, химическим составом литосферы и т.д. Сочетание этих факторов может быть совершенно произвольным. Скажем будь на Венере исходно столько же воды, сколько на Земле - и её геологическая история сложилась бы по другому. Но вот воды не оказалось.

Будь Марс больше или имей тяжёлый спутник- объём дегазации был бы больше и Марс тоже выглядел бы совершенно по другому. И т.д.

Но мир не волшебная  сказка, условия для жизни должны возникнуть сначала, а потом зона жизни уже раширится.

И откуда это следует? Достаточно исходного обилия воды и не слишком быстрых темпов дегазации. Всё. И всё парниковые газы уйдут в литосферу даже не успев накопиться.

P.S. Малая потеря первичной атмосферы Венеры при объективно худших условиях удержания (ближе к солнцу, нет магнитного поля и т.д.) как раз говорит в пользу того, что по каким-то причинам дегазация Венеры началась раньше чем у Земли и шла интенсивнее. Т.е. носила катастрофический характер. В сочетании с исходно малым количеством воды это привело к закономерному исходу. А вот Земля и Марс первичную атмосферу в значительной мере потеряли. Так что вероятно не Земля исключение, а Венера. У неё вообще много странностей (скажем вращается очень медленно и к тому же в неправильном направлении).

[Константин ВАРБ]

Но если так судить, то зону жизни можно и до Меркурия подвинуть, если понизить на Земле давление до 0.3-0.4 атм, и тогда в Антарктиде будут бегать верблюды

Во многом именно потери давления и парниковых газов земной атмосферы увеличившие перепады дневных и ночных температур привели к господству теплокровных.
 Как не велика приспосабливаемость жизни, но ниже 25 градусов большинству наземных животных некомфортно.  Даже бабочка разогревается для полёта.

Но атмосфера теряет давление не потому что улетучивается, а потому что масса воды на Земле возрастает.

[Arton]

Вы говорите о готовом варианте, где каким- то расчудесным образом, удалидась парниковая атмосфера.

Я не говорил об «удалении» атмосферы. Я говорил о «лишении» парниковых свойств всех газов, входящих в атмосферу. То есть, все прочие характеристики атмосферы «сохранялись» в неизменном виде, в том числе и ее атмосферное давление.
Еще раз, чтобы стало окончательно понятно, о чем речь:
Не все солнечное излучение, которое падает на планету, идет на нагрев ее поверхности. Венера ближе к Солнцу, чем Земля (соответственно на Венеру падает более мощный поток солнечного излучения), однако, поверхность Венеры прогревается солнечным излучением лишь до -42 ⁰С. Остальной нагрев Венеры осуществляет парниковый эффект. Земля находится от Солнца значительно дальше Венеры, но нагревается Солнцем до -24 ⁰С, т.е. сильнее. При этом, парниковый эффект на Земле повышает эту температуру до +15 ⁰С.
Не трогая атмосфер Венеры и Земли, убираем (гипотетически, и при этом, не меняя в атмосфере никаких других параметров) парниковый эффект на Земле и Венере. Просто лишаем углекислый газ, водяные пары и все прочее в атмосфере их парниковых свойств.
Теперь более понятно, о чем речь?

[Arton]

атмосфера теряет давление не потому что улетучивается, а потому что масса воды на Земле возрастает.

«Масса воды» (гидросфера) на Земле уменьшается за счет испарения в атмосферу, откуда происходит «улетучивание» последней.
И если процесс улетучивания атмосферы полностью компенсируется испарением гидросферы, то атмосферное давление на планете не меняется.

[ВадимZero]

однако, поверхность Венеры прогревается солнечным излучением лишь до -42 0С.

До поверхности Венеры доходит лишь 3% солнечного излучения. Остальное либо отражается облаками, либо облаками поглощается. А  выводить температуру поверхности по Стефану-Больцману из общего альбедо планеты вообще не коректно. Даже если вы удалите все парниковые газы с Венеры, отрицательной температуры вы не получите.

[Константин ВАРБ]

атмосфера теряет давление не потому что улетучивается, а потому что масса воды на Земле возрастает.

«Масса воды» (гидросфера) на Земле уменьшается за счет испарения в атмосферу, откуда происходит «улетучивание» последней.

Если посмотреть физическую карту и сопоставить её с геологическими данными, то количество воды на нашей планете непрерывно возрастает.

[Юрий Б.]

однако, поверхность Венеры прогревается солнечным излучением лишь до -42 0С.

До поверхности Венеры доходит лишь 3% солнечного излучения.

Может быть имелось ввиду "видимая поверхность", "поверхность облаков"?

[Arton]

Если посмотреть физическую карту и сопоставить её с геологическими данными, то количество воды на нашей планете непрерывно возрастает.

Если посмотреть геологическую карту, то количество воды на нашей планете непрерывно убывает, обнажая все новые участки суши, которой не было на Земле вовсе в Нижнем Палеозое.  Сопоставив это обстоятельство с отсутствием наземных форм жизни в Нижнем Палеозое, можно утверждать, что уровень мирового океана на нашей планете неуклонно понижается.