Тектоника на суперземлях сильнее или слабее нашей?

[Vavanzer]

 Вот еще  к примеру, для "подпитки" воображения )) 

Квадратный метр абсолютно черного тела при 273К излучает 315 Вт  энергии. При 373К (100С) Получаем 1100Вт/м2 (Плотность излучения на земной орбите 1300Вт/м2)
При температуре в 740К получаем мощность в 17 000 Вт !!!  При том что солнечная постоянная у Венеры 2600 Вт/м2

Т.е. поверхность Венеры излучает в 6.5 раз больше, чем плотность энергопотока от Солнца на ее орбите...

С большой вероятностью на суперземлях будет происходить то же самое, тк. атмосферы там должны быть мощные...

[Vavanzer]

  Продолжаю свою "фантазию" на тему суперземель...  (надеюсь простят меня модераторы)))
Чтобы лучше понять тектонику, надо примерно знать какая температура поверхности, которая полностью зависит от атмосферы и энергопотока от звезды...

 Корочь, в паре Венера/Земля возникает закономерный вопрос... Размеры почти одинаковые, состав почти тоже, энергопоток всего-то в 2 раза отличается. Так почему почти стократная разница в атмосферах?  Где-то должна крыться разгадка... А разгадка на мой взгляд кроется в точке кипения воды...
 По разным данным, если уменьшить орбиту Земли на 5-10%, океаны испарятся. И некому будет "хоронить" углекислый газ. Собственно на Венере это и проявлено...

 Еще один  интересный факт - на высоте около 50 км атмосферное давление составляет 1 атм, и температура 77С (350К).  Еще интереснее то, что если вклинить сюда фактор энергопотока от Солнца, и уменьшить его в 2 раза (на величину разницы с Землей),  то получим температуру в 294К или в 21С ! Т.е. при этих температурах будет равновесие в принимаемой/излучаемой энергии.
 Понятно что это все приблизительно, и быть может совпадение, так как не учитываем дебет/кредит из нижних слоев.

Но!!!  Летим на Марс )) И что мы видим? Давление 0.004-0.008 атм, и среднедневная температура -30-40С (230-240К). Берем большую полуось в 1.52 а.е., температуру в 240К и получаем, что будь на Марсе энергопоток как на земле, то температура при его среднем давлении была бы в 295К !!! Почти в яблочко ))) 
Возвращаемся к Венере. Помним, что на Марсе ср. температура -63С, смотрим таблицу по Венере - на высоте в 80 км при давлении в 0.00476 атм. температура составляет -76С. В этот раз точность меньше, мы имеем дело со средними величинами, и все же данные трутся в очень узком коридоре.

Очевидно, что температура у у поверхности зависит от двух факторов - атмосферного давления и энергопотока на данной орбите.
Как это связано с супер-землями? Об этом сл. пост.

п.с. Заметьте, Марс демонстрирует еще один интересный атмосферный "скачок" - вымораживание атмосферы...
Т.е. в конце концов приходим к трем типам зон, границами которых являются две ключевые точки - точка кипения и точка замерзания воды.
Пролучаем три типа атмосфер - "необузданная", "водопоглощаемая" и "вымороженная" ))) 

данные взяты из Википедии
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0_%D0%92%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%8B
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%81

[Vavanzer]

  Дальше можно смело экстраполировать данные на суперземли. Они тоже будут подчинены трем зонам, только границы их не будут совпадать с    аналогичными для планет земной группы. Плюс ко всему возможен еще один вариант: планеты-вулканы, где благодаря еще более мощной атмосфере, чем венерианская, температуры будут более 1000К, вплоть до лавовых океанид )))) 

  Ну а теперь можно прикидывать тектонику разных типов суперземель )))

Перегретая супер-земля, а точнее - супер-венера, будет сплошным океаном лавы.
Планета попрохладнее - со спокойной поверхностью, типа как на Венере,
Там где возможны жидкие океаны, атмосфера будет потоньше и возможно что-то более похожее на Землю, но не совсем как Земля.
Переохлажденные суперземли ("супер-марсы"))) тоже вероятны. Но в отличие от Марса, они будут геологически активны, и скорее всего будут больше всего похожи на Землю. Конретные же "отморозки" - в них тоже будет активность...  В общем надо дальше думать, учитывать фактор большей гравитации и другие... )))) 

[Vavanzer]

  Еще одно предположение про Суперземли, опять же на основе Венеры)))

 Вращение. Венера крутится наоборот и очень медленно. Возможно два фактора сработали. Понятно ,что близость к Солнцу. Но т.к. планета в целом более жидкая, чем наша, мог ли там проявиться эффект сырого яйца, которое быстро тормозится в гравитационном поле? В общем приливный захват, усиленный особенностями недр.
 И второй, не еще более интересный момент. Вращение Атмосферы.
Как известно, на земле преобладает западный перенос. На Венере - наоборот ,восточный. Причем оборот атмосферы происходит за 4 дня. Хоть у поверхности скорость и падает до единиц метров в секунду, но учитывая  плотность, могла ли атмосфера своим вращением раскрутить планету в обратную сторону?

 Касательно Суперземель, плотная атмосфера может дать подобный эффект, а так же ряд спец-эффектов по перемещению литосферы...

[xd]

Обратите внимание на энергобаланс, для равновесного состояния он равен 0.
Потому что при более высокой интенсивности получения тепла температура растёт и поднимается количество излучённого тепла до точки, где энергобаланс нулевой.
И да, небольшая часть полученной энергии аккумулируется в виде химической энергии с накоплением органических соединений.

[Vavanzer]

Обратите внимание на энергобаланс, для равновесного состояния он равен 0.
Потому что при более высокой интенсивности получения тепла температура растёт и поднимается количество излучённого тепла до точки, где энергобаланс нулевой.
И да, небольшая часть полученной энергии аккумулируется в виде химической энергии с накоплением органических соединений.

  Весь прикол в том ,что проявилась прямая зависимость между общим поступающим энергопотоком, температурой слоя и давлением. Зная два параметра, можно вычислить третий , причем попадание относительно точное. Складывается впечатление, что состав атмосферы в этом деле играет второстепенную роль, и эффект от парниковых газов не очень значительный.  Вся "парниковость" зависит в основном от плотности атмосферы.

 Интересная статья, (не про атмосферу))).
"Газовые планеты-гиганты могут выгорать до твердого ядра."
http://www.femto.com.ua/phys_world/phys_world-0035.html

[xd]

Парниковость атмосферы определяет распределение температуры в тропосфере, не более того. Но это, собственно, самый животрепещущий параметр для жизни на Земле.

[Vavanzer]

Парниковость атмосферы определяет распределение температуры в тропосфере, не более того

  Распределение температуры напрямую зависит от давления на данной высоте.
 И судя по состоянию дел на Венере и Марсе, фактор "общего" парникового эффекта влияет на облик и недра планет весьма и весьма существенно...
  Про суперротацию кстать забыли, и про тот факт что мощная атмосфера запирает тепло, выделяемое в недрах, и сильно способствует повышению их температуры.

   Так что атмосфера очень сильно определяет особенности тектоники, и не важно ,плотная она или разреженная, каждый вариант дает свой результат.

[Vavanzer]

  Вот интересные данные. Из терраформирования Венеры ))
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%92%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%8B

Т.к. у Супер-земель (С-З) предположительно и с большой вероятностью температура недр выше, исходные атмосферы толще, для  С-З в теплых областях получаем картину, аналогичную Венерианской.

Для СЗ с жидкой водой будет актуально вот это:
"Ожидается, что свободная вода станет разрушать венерианские горные породы и, в частности, вымывать окись кальция из венерианского грунта. Образующийся щелочной раствор начнёт поглощать CO2 из атмосферы Венеры, связывая его в виде карбонатов (CaCO3, MgCO3):

\(CaSiO_3+H_2O{\longrightarrow}Ca(OH)_2+SiO_2\) — Разрушение венерианского базальтового грунта
\(Ca(OH)_2+CO_2{\longrightarrow}CaCO_3+H_2O\) — Осаждение известняка"

И напоследок, таблица температуры кипения воды)

Давление,
атм            Температура
                 кипения воды, °C
1,033   100,00
1,500   110,79
5,000   151,11
10,000   179,04
20,000   211,38
25,000   222,90
50,000   262,70
100,000   309,53

[Vavanzer]

 А вот в подтверждение наглядное пособие того, как температура растет с "глубиной", точнее с мощностью атмосферы (скорее даже ее тропосферы).

 Смещение отн. Земли - возможно связано с разницей в составе и получаемой энергии от Солнца.

[xd]

Надо ещё подождать, пока эта модель выпонит свою прогностическую функцию

[Vavanzer]

Надо ещё подождать, пока эта модель выпонит свою прогностическую функцию

  Опять вернулся к Венере, только с другой целью, и вспомнил про "прогностическую модель" )))

корочь, по-ходу парниковый эффект реально не причем. Он очень не большой разбег температур от "номинала" дает.
Основополагающим является энергопоток и атм. давление.

  На 50км на Венере 1.066атм и температура 77градусов (350К).    На Земле то же самое давление на отметке 0, но средняя температура составляет 15С или 288К.
  Считаем, (350^4)/(288^4) = 2.18  Т.е как раз очень близкое число к отношению величин энергопотока от Солнца, которое из отношения расстояний = 1.92.

 Если учесть, что в дневное время летом поверхность греется гораздо сильнее чем 15С, а в случае если бы день длился 240 суток, то воздух прогревался бы легко  до 60С и более, получаем, что соотношение должно быть менее 1.3. Т.е Венера на высоте 50км менее "парниковая" чем Земля, не смотря на огромную разницу в  СО2 в пользу Венеры.

  Немножко не по теме, но это имеет прямое отношение к возможным условиям на суперземлях, где не только атмосфера должна быть мощнее, так ее еще и гравитация в разы сильнее давит...  Там счет может пойти на сотни атмосфер...

 :)Еще одно интересное наблюдение:
если считать Венерианские  50 км за 0, то 60 км будет соответствовать 10км.
и сравним данные Венера/Земля:
(50/0)   1.066  атм / 1 атм   
(60/10) 0.235 атм / 0.261    Температуры : 263К и 223К Соответственно.

И вот что интересно, 263^4/223^4 получаем...   1.93 !  (отношение энергопотоков = 1.92 !!!)  Веселое совпадение...

Те же самые 1.93 получаем и для высот в 5 км (55км на Венере). (В - 302К и З - 256К)

http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsHeatAndTemperature/GuidePhysicsHeatAndTemperatureTemperature/TemperatureAirHeight/

[xd]

Ну так а почему ему не совпадать? Выделение недр, приливное воздействие Луны и прочие мелкие факторы ни в какое сравнение не идут с энергопотоком от Солнца. Поэтому результат абсолютно предсказуем.

[Vavanzer]

Ну так а почему ему не совпадать? Выделение недр, приливное воздействие Луны и прочие мелкие факторы ни в какое сравнение не идут с энергопотоком от Солнца. Поэтому результат абсолютно предсказуем.

  Меня удивил тот факт, что температура в каждой отдельной точке атмосферы с одинаковой эквивалентной высотой (а значит и плотностью) может быть расчитана с большой точностью через соотношение энергопотока.
  Это похоже на то ,что вся толща атмосферы переизлучает этот энергопоток в саму себя. И без разницы, азотно-кислородная она или углекислая. Никакие поправки на парниковые способности газа не проявились, и даже альбедо не фигурирует (пока что))).
  Можно попробовать формулу "состояния атмосферы" вывести. )))
 Только там явно еще плотность замешана, причем градиент плотности тоже от энергопотока зависит. На Земле чуть другое значение давления при той же разнице в высоте, т.к. температура меньше. Надо закономерность выводить.

[xd]

В первом приближении - да.
Но рано или поздно начинаются более интересные эффекты, такие как воздействие магнитного поля, ионизация, изменение хим. состава с высотой и всё такое. И вот тут-то моделировать распределение атмосферы по высоте становится крайне сложно.

[Arax]

Корочь, в паре Венера/Земля возникает закономерный вопрос... Размеры почти одинаковые, состав почти тоже, энергопоток всего-то в 2 раза отличается. Так почему почти стократная разница в атмосферах?  Где-то должна крыться разгадка... А разгадка на мой взгляд кроется в точке кипения воды
 По разным данным, если уменьшить орбиту Земли на 5-10%, океаны испарятся. И некому будет "хоронить" углекислый газ. Собственно на Венере это и проявлено...

Могла ли бы на Венере существовать вода в жидкой фазе, если бы у нее было магнитное поле?

Тогда там бы не происходила диссоциация водяных паров жестким излучением с последующим улетучиванием водорода в космос

В результате давление, благодаря наличию в атмосфере водяных паров, было бы намного выше, что повысило бы температуру кипения воды
Правда и приповерхностная температура бы повысилась ... Превысила бы она температуру кипения, или нет?

[Amadeus]

При Р = 1 атм температура плавления гранита равна 9500С

Один ноль уберите )))

[Arax]

Это не ноль, а потерявший регистр значок градуса, ... что очевидно из контекста

[Arax]

в отличие от Марса и Венеры, на Земле были водные бассейны.  Образовались осадочные породы и затем, в процессе метаморфизации, они превращались в граниты. Иными словами, кроме базальтовых кор на Земле получились граниты". А гранитная кора отличается тем, что она легче и может образовывать достаточно "легкие" континенты, плавающие на более плотных базальтах.
С другой стороны, для того, чтобы происходило движение пусть даже и базальтовых плит по поверхности планеты, необходимо перемещение вещества под ней. На остывшем Марсе этот механизм не работает, в отличие от Венеры. Тем не менее, континентов подобно земным на ней нет. Потому что на Венере отсутствуют все те же океаны. Нет даже льда, который лежал бы на базальтах, и движение одного типа коры относительно другого все равно бы состоялось, пусть бы это и называлось тектоникой ледяных плит
...
Текучая вода на поверхности оказалась только на одной планете, только на ней появились граниты, которые были включены в сложный процесс дифференциации вещества, начавшийся после массивной бомбардировки прото-Земли астероидами и метеоритами. Но стоило только появиться первой гранитной выплавке, как тут же из нее были "построены" первые континенты. Именно они, подобно ледоколам перемещаясь по Земле, вспарывают ее недра до самого ядра. Тттолько они управляют процессами возникновения или затухания потоков из самых глубин мантии. Не будь на Земле континентов, не было бы того целостного и упорядоченного механизма, который все перемешал внутри нашей планеты, а ведь это-то и дало возможность образоваться супердинамо -машины и земному магнетизму,так появилась уникальная планета-магнетар -наша Земля! С другой стороны, движение твердых плит строго закономерно, и однажды возникнув, они неминуемо должны были вновь и вновь образовывать суперконтиненты, чтобы затем расходиться в разные стороны. Количество континентов, их форма могла быть произвольной, но однажды образовавшись, они уже запустили современный геодинамический "котел" внутри Земли...

Не совсем понятно, как легкие гранитные континенты способствовали продолжению конвекции в мантии?

Если гранитные плиты действительно могут "управлять процессами возникновения или затухания потоков из самых глубин мантии", то почему это же не могут делать базальтовые плиты (кстати, до сих пор покрывающие большую часть Земной поверхнысти)?

Ведь температуры плавления и кристаллизации у базальтов, даже выше, чемугранитов (не говоря уж об упоминавшемся льде)

Температуру верхнего предела кристаллизации  (Твпк) базальтовой породы - различных месторождений находится в пределах от 1215 до 1280 С и зависит в основном от его химического состава http://basaltfm.com/ru/articles/article11.html
...
Температура плавления базальта в зависимости от состава—от 1150 до 1350°С (ср. t° пл. = 1250°С)
...
При Р = 1 атм температура плавления гранита равна 950 С и возрастает с глубиной по мере увеличения давления http://geo.web.ru/db/msg.html?uri=page3.htm&mid=1151789

[Amadeus]

в отличие от Марса и от Венеры, на Земле были водные бассейны.

Откуда такая уверенность, что на Марсе и Венере не было водных бассейнов ?