Архив 1208.1760: Ширина обитаемой зоны в зависимости от доли суши

[vika vorobyeva]

Группа товарищей рассмотрела климатическую модель планеты земного типа, учитывающую темпы эрозии силикатных пород и химическую реакцию
CaSiO₃ + CO₂ ⇋ CaCO₃ + SiO₂
Эта реакция приводит к связыванию углекислого газа в карбонатах и ослаблению парникового эффекта в атмосфере. В определенных температурных границах она обеспечивает отрицательную обратную связь, стабилизируя климат планеты и не давая ему сорваться в "венерианскую духовку" или состояние "снежка", и, таким образом, расширяет обитаемую зону.
Однако если на суше реакция связывания углекислого газа в карбонатах зависит от температуры и дает таким образом отрицательную обратную связь, то под водой она больше зависит от показателя кислотности морской воды, скорости циркуляции воды сквозь базальтовую кору и пр. Таким образом, чисто водные (покрытые океаном целиком) планеты земного типа оказываются лишены климатического стабилизатора, что резко сужает для них обитаемую зону.
Однако авторы показали, что даже небольшая площадь суши, поднимающаяся над поверхностью воды, сразу исправляет ситуацию. Достаточно даже 1% суши. Более того, когда "чисто водный мир" начинает скатываться в состояние Венеры (температура атмосферы поднимается, а океаны начинают выкипать), то достаточно подняться над водой первым крупным островам, как включается нужная температурная зависимость скорости связывания углекислого газа в карбонатах, и температура падает. Авторы назвали это явление self-arrest (самоостановка).
Если эта модель верна, большинство планет земного типа в обитаемой зоне будут, как и Земля, покрыты и океанами, и сушей (но в разных пропорциях). а чисто водных миров почти не будет.

http://arxiv.org/pdf/1208.1760v1.pdf

[Golossvyshe]

Спасибо.
А нет уже обработанного русскоязычного перевода?
Промтом переводить, оно сильно коряво...

[Golossvyshe]

Да, и вызывает озадаченность тезис насчёт «самоостановки». Выкипание уже 100-150 м океана даст столь мощный парниковый эффект, что процесс пойдёт лавинообразно, СО2 уже не будет играть решающей роли.
При достаточной инсоляции Т>374 С и океан исчезнет. Далее пойдёт реакция СаСО3 -> СаО + СО2, термическое разложение карбонатов

[vika vorobyeva]

При достаточной инсоляции Т>374 С и океан исчезнет. Далее пойдёт реакция СаСО3 -> СаО + СО2, термическое разложение карбонатов

Понятно, что вышеупомянутая отрицательная обратная связь действует только в достаточно узком температурном интервале, и при повышении инсоляции срыв в "духовку" низбежен. Но без этой обратной связи климат Земли становится вообще неустойчивым. Любое сколь угодно малое смещение температуры приводит планету или к состоянию "снежка", или к состоянию "духовки".
А так появляется небольшой интервал, где климат может стабилизироваться без участия жизни.

По поводу же математической обоснованности модели - это к авторам Думаю, что таких моделей (более или менее сложных) будет еще построено немало.

[ivanij]

 Нижняя граница интервала, надо полагать, близка к точке замерзания воды?

[L_Pt]

Далее пойдёт реакция СаСО3 -> СаО + СО2, термическое разложение карбонатов

Для этого нужна температура выше 1000 С.

[Golossvyshe]

Далее пойдёт реакция СаСО3 -> СаО + СО2, термическое разложение карбонатов

Для этого нужна температура выше 1000 С.

Вопрос интересный, кстати. При 900 С разложение идёт уже очень быстро. А при 500?
Сохранились ли на Венере карбонатные породы?

[L_Pt]

Далее пойдёт реакция СаСО3 -> СаО + СО2, термическое разложение карбонатов

Для этого нужна температура выше 1000 С.

Вопрос интересный, кстати. При 900 С разложение идёт уже очень быстро. А при 500?
Сохранились ли на Венере карбонатные породы?

Энергия Гиббса реакции разлжения известняка становиться равной нулю (т.е. равновесное парциальное давление углекислого газа над известью 1 атм) при 1120 К.

[Golossvyshe]

Энергия Гиббса реакции разлжения известняка становиться равной нулю (т.е. равновесное парциальное давление углекислого газа над известью 1 атм) при 1120 К.

Очень любопытно. Не обращал прежде внимания на этот аспект.

Значит ли это, что на Венере не только сохранились древние карбонатные породы, но и по сей день идёт образование карбонатов?
Мне как-то по умолчанию виделось, что формирование столь мощной углекислотной атмосферы связано именно с невозможностью вывода СО2 в карбонаты.

[L_Pt]

Значит ли это, что на Венере не только сохранились древние карбонатные породы, но и по сей день идёт образование карбонатов?
Мне как-то по умолчанию виделось, что формирование столь мощной углекислотной атмосферы связано именно с невозможностью вывода СО2 в карбонаты.

Это значит что на поверхности Венере нет извести CaO. Зато силикаты кальция CaSiO3 вполне устойчивы при венерианских температурах.


Для реакции
CaCO₃ + SiO₂ ⇋ CaSiO₃ + CO₂
энергия Гиббса становиться равной нулю при ~560 К.

[Golossvyshe]

Значит ли это, что на Венере не только сохранились древние карбонатные породы, но и по сей день идёт образование карбонатов?
Мне как-то по умолчанию виделось, что формирование столь мощной углекислотной атмосферы связано именно с невозможностью вывода СО2 в карбонаты.

Это значит что на поверхности Венере нет извести CaO. Зато силикаты кальция CaSiO3 вполне устойчивы при венерианских температурах.


Для реакции
CaCO₃ + SiO₂ ⇋ CaSiO₃ + CO₂
энергия Гиббса становиться равной нулю при ~560 К.

Вы абсолютно правы.

Я как-то всё это дело упустил.

[Алекс636363]

Раз Земля не скатилась ни к снежку, ни к Венере, значит, на ней не было достаточно длинного периода, когда она была вся покрыта водой. Интерес представляет также следующая ситуация: насколько стабилен климат планеты, имеющей на поверхности 1-5 процентов водоемов по общей площади? Достаточно ли этого для существования вблизи них жизни на протяжении сотен миллионов и миллиардов лет или такой этап будет недолгим? К снежку вроде скатиться трудно из-за недостатка воды (все не покроешь снегом при сухом климате), а вот как насчет Венеры либо просто сухой пустыни?