Парниковый эффект и обитаемая зона

[Алекс636363]

Если вкратце.
Мощная атмосфера планеты способна создать значительный парниковый эффект. Это может быть решающим аргументом для расширения обитаемой зоны в "холодную" сторону. Например, суперземля у красного карлика может оказаться заметно дальше от своего светила и все равно иметь подходящую температуру для существования жидкой воды на поверхности. А этого расстояния может хватить для того, чтобы планета не оказалась приливно захваченной. Плюсуем тогда магнитное поле, отсутствия которого многие боятся.
Суперземля может не перейти в венероподобное состояние и при тепловом режиме, сравнимом с тем, которая Венера имеет от Солнца, если не приблизится к закритичным условия для воды. Но тут шансов много меньше.
Расширение обитаемой зоны, видимо, справедливо только для суперземель. Чем меньше масса планеты, тем уже обитаемая зона. При сдвиге вовнутрь легко получается Венера-2, при сдвиге вовне - белая Земля. Возможно, наша планета - одна из самых легких среди обитаемых и наименее подходящих среди комфортных (худшая из лучших), что при удачном стечении обстоятельств и послужило стимулом быстрого развития жизни на ней. Гораздо больше удобных на большом интервале времени планет, где эволюция замедлена тепличными условиями.
 Отсюда:
1. Жизнь наиболее распространена на суперземлях (и - не отсюда - в подледных мирах, которые снимают привязку планеты к звезде), к тому же они легче "переваривают" импакты. Что для Земли - катастрофа, для них - поправимое дело.
2. Эволюционирует она там долго, неспешно и вряд ли прошла в среднем и половину того пути, по которому проследовала Земля.
3. Системы красных карликов вполне пригодны для жизни.
4. Наибольшее количество одновременно существующих разумных цивилизаций будет через 5-10 миллиардов лет, а мы - ранние пташки, вылупившиеся в еще опасный период.
5. Список можно продолжить или, наоборот, занулить. Для этого жду ваших мнений по теме.

[Кремальера]

Наибольшее количество одновременно существующих разумных цивилизаций будет через 5-10 миллиардов лет, а мы - ранние пташки, вылупившиеся в еще опасный период.

Лихо. :DЗаход так сказать с тылу.Но зато такой вариант тешит самолюбие.Через 300 лет мы заселим близлежащие зведы,через 1000 расползаемся по галактике.А через 100 тыс.начнем в аренду сдавать законкистадоренные миры развивающимся цивилизациям,а шибко умным подзатыльников надаем по праву старослужащего.

[Алекс636363]

Наибольшее количество одновременно существующих разумных цивилизаций будет через 5-10 миллиардов лет, а мы - ранние пташки, вылупившиеся в еще опасный период.

Лихо. :DЗаход так сказать с тылу.Но зато такой вариант тешит самолюбие.Через 300 лет мы заселим близлежащие зведы,через 1000 расползаемся по галактике.А через 100 тыс.начнем в аренду сдавать законкистадоренные миры развивающимся цивилизациям,а шибко умным подзатыльников надаем по праву старослужащего.

Скорее мы как преждевременно вылупившиеся, у которых техника бежит впереди разума, до лучших времен не доживем. А сдавать планеты другим в аренду или еще как-то будут те, у которых разум побежит впереди техники. Тише едешь - дальше будешь. Если не опередят, конечно. Поэтому первые среди тихоходов и станут королями Вселенной. Подождать осталось всего ничего - несколько миллиардов лет. Сущий пустяк.

[Грехов Михаил]

Оспади..... одно "ни о чём".  техника вперёд разум а, разум вперёд техники. А ничего, что техника всегда-продукт развития разума и то, что она всегда соответствует его развитию!  Так что эм... как представлю современных инженеров с каменными топорами. так очень смешно.   

Сдавать планеты в аренду? Хы.... ну какая к чёрту аренда, когда с планеты будут выкачиавться полезные ископаемые а потом без оных она нафиг никому не нужна.... или скажем мёртвая планета без жидкой мантии и без магнитного поля. А сдавать за что? за бумажки-доллары? Смешно. Кто первый появился из более менее разумных существ и если он вполне себе вооружен и может дать отпор любым формам мыслимым и немыслимым вторжениям-того и планета. Ну ей богу. Не смешите. "Сдавть планету внаём"  А Сибирь/Алтай "внаём" китайцам слабо сдать? Каждая цивилизация будет жадно цепляться за любую пригодную для жизни планету!  Ну подумайте вы хоть мозгами с позиций жизни? 

[Golossvyshe]

Хорошая тема.

Насчёт массы, вероятно, Земля как раз где-то в "золотой середине". Нижняя граница, это где-то 0,1 Мз, Марс как раз находится на этом краю. Насчёт
верхнего края сказать труднее, поскольку нужно ещё доказать принципиальную необитаемость лёгких нептунов. Но можно принять ориентировочно 10 Мз.
Предел тут кладёт плотность атмосферы 1600 атм - при таком давлении денатурируются самые стойкие белки. Плюс фотосинтез может быть затруднён, в такой
плотной атмосфере света до поверхности будет доходить доли процента. Для "эффекта сковороды" как на Венере  достаточно, а для эффективного фотосинтеза
может и не хватить.

Внутренняя граница "зелёной зоны" для суперземель сдвинется сильно, будет где-то вблизи орбиты Марса. Насколько сдвинется внешняя, на пальцах
прикинуть трудно. Возможно, она окажется где-то в районе пояса астероидов. Для красных карликов к тому же в расчётах придётся учитывать спектральный
коэффициент. Инфракрасная компонента (а она у КК составляет немалую долю) будет задерживаться атмосферой, обеспечивая антипарниковый эффект.

Вот такой ещё нюанс. Известно, что пиковая плотность СО2 на Земле едва достигла 10-12 атм. После чего древние водоросли переломили ситуацию, баланс
стал отрицательным (потребление СО2 превысило поступление из недр), и за 50-80 млн. лет весь запас СО2 был съеден. Не получилось венеры-2. Далее содержание углекислоты
определялось уже динамическим равновесием, и по мере усовершенствования растений всё время падало. Современные цветковые могут поддерживать его на
уровне 0,027-0,028%
А что будет, если запас СО2 увеличить в 30-40 раз? И притом понизить приход света к поверхности? Не окажется ли эпоха переваривания СО2 растянутой на
миллиарды лет? Как будет в таком случае проходить эволюция? И как быть с захоронением высвобожденного углерода? Не будет ли верхняя кора планеты
состоять в основном из угля?

Ну и насчёт внешней границы "зелёной зоны". Для небольших планет тут должны быть характерны циклические оледенения. Механизм таков. Возникающие сразу
после "СО2-революции" покровные ледники сильно повышают альбедо, провоцируя собственный дальнейший рост. Развитие ледников угнетает биосферу, 
основной потребитель СО2. Баланс сдвигается, поступление углекислого газа начинает превышать его расход. Вместе с тем с понижением температуры растёт
растворимость СО2 в воде, и океан начинает накапливать колоссальные массы углекислоты, выводя СО2 из атмосферы. Пружина сжимается. С какого-то момента
процесс меняет знак - ледники сокращаются, океаны прогреваются, и запас СО2 выплёскивается в атмосферу. Маятник заработал.
Как будет с суперземлями? Не окажется ли система чересчур инерционной? И не окажется ли вся эволюция жизни процессом, зажатым в тисках наступающих с
полюсов глобальных ледников?

В общем, если по-хорошему, это тема крупной научной статьи, вроде "атмосферной динамики приливно захваченных планет", любезно предоставленной Викой
Воробъёвой в "научную панораму". Тут надо считать и считать, на кампутерах.

[Nucleosome]

хм... честно говоря - эволюции на Земле мне кажется весьма медленной - точнее там есть два крупных этапа - зарождение и первичная эволюция - когда появились если не все, то многие основные группы генов и их мотивов (участок с определённой функцией) и второй - развитие многоклеточных, выход на сушу. Возможно, что оба они уже завершены, возможно второй ещё нет (хотя думается таки да...) между этими интервалами в самом деле бурного развития был громадный застой, который ушёл как видно на то чтобы доокислить железо - так или иначе, но второй всплеск был связан с развитием дышащих форм... хотя таким не обязательно именно около 20% кислорода, можно и 5-10, так что были и другие тормозящие факторы... кроме того очень уж запоздал выход на сушу... а в открытый океан ещё вообще не особо произошёл - плотность жизни там сопоставима с пустынями... учитывая это всё, эволюции "до разума" может вполне хватить и миллиарда с небольшим лет... вообще же от чего зависит скорость эволюции вообще сказать трудно поскольку это самодвижущийся процесс... однако ясно одно - чем более тепличны условия, тем быстрее будет идти эволюция - это видно по разнообразию организмов тропических лесов - в силу того, что так будет больше их численность следовательно выше шанс на удачные мутации.

[Fortunatus_]

Суперземли необитаемы, скорее всего. Там невозможна тектоника плит. Кора слишком плотная из-за высокого тяготения.

[ivanij]

Суперземли необитаемы, скорее всего. Там невозможна тектоника плит. Кора слишком плотная из-за высокого тяготения.

 А как связана тектоника плит и плотность коры с обитаемостью?

[Fortunatus_]

Тектоника замыкает цикл СО2, затягивая отложения карбонатов в мантию через зоны субдукции.
Нет тектоники и океанов - СО2 накапливается в атмосфере, получаем Венеру.
Нет тектоники, есть океаны - СО2 накапливается отложениями карбонатов на дне океанов, после довольно быстрой дегазации СО2 из мантии он исчезает и из атмосферы, парниковый эффект ослабляется, получаем ледяной мир.
Есть тектоника и океаны - карбонаты затягиваются в мантию, там опять разлагаются с выделением СО2, газ извергается в атмосферу вулканами - цикл замкнут.

[ivanij]

Ага. Предположим, я понял, что зарождение жизни возможно только в случае круговорота углерода. Но как именно происходит это зарождение, на какой стадии? Ведь, если не ошибаюсь, должны возникнуть некии химические реакции, в результате которых получаются длинные органические молекулы: аминокислоы и т.д. Но в какой именно момент это получается?

[Olweg]

Происхождение жизни - это уже совсем другая история, до сих пор неясно, какие хотя бы примерно условия для этого необходимы (диапазон от пересыхающей лужи до "чёрных курильщиков" на дне океана).

Обзорная статья по тектонике плит на суперземлях:
http://grani.ru/Society/Science/m.128994.html

[Golossvyshe]

Суперземли необитаемы, скорее всего. Там невозможна тектоника плит. Кора слишком плотная из-за высокого тяготения.

А не наоборот ли?
Достаточно сравнить Луну, Марс и Землю. Чем крупнее планета и выше тяготение, тем мощнее идёт гравитационная дифференциация недр. Соответственно и конвективные потоки в мантии.
Прочность самой коры при этом вряд ли существенна. В масштабах планеты любые горные породы ведут себя как вязкие жидкости.

[Klapaucius]

Мне почему-то представляется, что у сверхземли где-то начиная 2-3 земных масс не может быть суши, один океан. Причём с давлением на дне в среднем много больше чем в Марианской впадине. Изначальная атмосфера - метан, аммиак и просто водород. Как вроде и на Земле. Но в отличие от Земли, процессы "кислород из воды в атмосферу и в осадочные породы", "водород в воду", "углерод в осадок и в углекислый газ" могут затянуться. А может и наоборот.

[Golossvyshe]

Мне почему-то представляется, что у сверхземли где-то начиная 2-3 земных масс не может быть суши, один океан.

Вполне логично, кстати. Объём планеты (и соответственно отгоняемой из недр воды) растёт пропорционально кубу радиуса, площадь - только квадрату.

Ну пусть не для 2-3, а для 8-10 Мз уже так и должно быть, по идее.
А если суперземля плотная, то повышенная сила тяжести ещё и сильно сократит высотные поднятия, вроде Тибета и Гималаев. ЕМНИП, на Земле максимально возможная высота гор ок. 10 км. Плоскогорий в 1.72 раз меньше. Т. е. ок. 6 000 м. При 2g будет 3000 м. Достаточно удвоить массу океанов (по сравнению с Землёй) относительно общей площади планеты, и всё. Суши не будет, разве что вершины гор.

Впрочем, всё это надо бы считать. Скажем, рыхлая (силикатная) планета при той же массе имеет увеличенный радиус.  Что должно благоприятно сказаться на соотношении суша/океан.

[alex_semenov]

Суперземли необитаемы, скорее всего. Там невозможна тектоника плит. Кора слишком плотная из-за высокого тяготения.

А действительно, что останавливает тектонику плит на суперземлях?
Я напротив, слышал что там тектоника плит гораздо активней.
И это логичней, вроде как. Конвекционный двигатель при большей гравитации должен работать активней. Плиты должны ползать там даже пошустрее чем на Земле. Нет?
Ведь что такое тектоника плит? Это механизм охлаждения ядра. Это фактически ячейки Бенара в закипающем чайнике. Плотность коры (тоненькой пленочки) тут вряд ли играет какую-то серьезную тормозящую роль.
Хотя могу ошибаться.

[Dem]

  ЕМНИП, на Земле максимально возможная высота гор ок. 10 км.

На суше. Если вокруг горы вода - оно несколько иначе.

Ведь что такое тектоника плит? Это механизм охлаждения ядра. Это фактически ячейки Бенара в закипающем чайнике. Плотность коры (тоненькой пленочки) тут вряд ли играет какую-то серьезную тормозящую роль.

Ну вот на Венере плит нет.
Как я понимаю проблема в том, что ядро гораздо ближе к точечному источнику энергии, чем к плоскому. И восходящий поток получается очень тонкий.

[alex_semenov]

Ведь что такое тектоника плит? Это механизм охлаждения ядра. Это фактически ячейки Бенара в закипающем чайнике. Плотность коры (тоненькой пленочки) тут вряд ли играет какую-то серьезную тормозящую роль.

Ну вот на Венере плит нет.
Как я понимаю проблема в том, что ядро гораздо ближе к точечному источнику энергии, чем к плоскому. И восходящий поток получается очень тонкий.

Гм… А как определили отсутствие тектоники на Венере? Еще в 70-х жители Земли спорили по поводу того движутся их собственные континенты у них под ногами или нет. А как мы по поводу Венеры так быстро  определились?

Ну допустим. Но вопрос не о Венере. Венера - планета размером с Землю. Нас же интересует суперземля.
То что на Марсе или на Луне нет тектоники плит - это ясно. Планеты маленькие. Остыли быстро. На планете размером с Землю тектоника может быть (Земля) может не быть (Венера). Но не значит ли это что планеты такого размера находятся на нижней границе запуска тектонического мотора?
То есть планеты помассивней чем Земля (суперземли) просто обязаны иметь тектонику плит.
Когда появляется движение континентов? Когда в мантии возникают упорядоченные потоки магмы (пардон если что-то назову не так. Не геолог) которые имеют то же происхождение что и ячейки Бенара в закипающем чайнике.



Это наиболее яркий пример самозарождения порядка в хаотической системе. Священная корова синергетики. Почему возникают ячейки?  Подобная УПОРЯДОЧЕННОСТЬ лучше хаоса простого броуновского движения в смысле переноса тепла через систему.
Чайник стоит на огне. И слой воды в нем является ОТКРЫТОЙ в термодинамическом смысле системой (даже если крышка чайника закрыта ). И система стремиться передать энергию снизу вверх как можно быстрее (эффективнее). Простой хаос (броуновское движение) в этом смысле оказывается медленнее чем упорядоченные потоки "ячеек". Поэтому жидкость СПОНТАННО упорядочивается в конвективные потоки. Возникают ячейки Бенара.
Какие условия этому способствуют?
Изначально (в простой хаотической системе) слой воды внизу однажды оказывается нагрет больше чем вверху. Нижний слой легче и плотность его становится меньше. Значит? На него начинает действовать сила Архимеда.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%90%D1%80%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B0

Знакомое со школы "ро-жэ-аш".
"Ро" - это и есть плотность (разность плотностей жидкости вверху и внизу определяется разностью температур) а жэ- это УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ. То есть сила тяжести. Чем она выше, тем больше выталкивающая сила. То есть. На планете с большей массой тектонический двигатель должен запутаться при куда меньшей разности температур у ядра и у поверхности.
Логично?
Все складывается верно. На малых телах (Луна, Марс) нет тектоники плит не только потому что они быстро остыли но и потому что же там маленькая и тектонический двигатель работает при куда больших градиентах температур ядра и поверхности. Если в начале там что-то и было, то очень быстро остановилось.
А на суперземле тектонический двигатель будет мощнее и работать он по идее будет дольше.
Роберт! Что вы то скажете? Вы для меня (как не открещивайтесь) эксперт по строительству планет! Как бы не открещивались и не скромничали.

[gans2]

А не будет ли усиленная конвекция просто перегревать кору и суперземли сильнее отдают тепло от глубин. То есть менее зависимы от Внешнего тепла. Кандидаты на планетары с внутрениим подогревом.

[L_Pt]

Отсутствие тектоники плит на Венере угадывается по рельефу – довольно хаотически разбросанные горные массивы и впадины без соответствующих горных гряд типа центрально-океанических хребтов или коллизий.

На  маленьком Марсе что-то вроде тектоники плит когда-то было. Хорошо виднеются океанское северное полушарие и марсианская Пангея в южном полушарии. И есть гигантский рифт в материке, уже приготовившийся разломить континент. Но все это замерло миллиарды лет назад, Марс действительно слишком маленький.

Из объяснений, почему Венера не такая, мне больше всего понравилось – из-за практического отсутствия воды в венерианской мантии. Ведь вода играет роль флюса, сильно понижая вязкость мантии.

В океаниде, по умолчанию, дефицита воды в мантии не будет. Иначе это будет не океанида, а супервенера.

gans2

А не будет ли усиленная конвекция просто перегревать кору и суперземли сильнее отдают тепло от глубин. То есть менее зависимы от Внешнего тепла. Кандидаты на планетары с внутрениим подогревом.

Даже на Юпитере внутренние источники тепла составляют существенную часть в тепловом балансе только потому, что последний находится на расстоянии 5.24 а.е.

[gans2]

Интересно, сколько времени  Юпитер может поддерживать свою температуру в межзвеждном пространстве?