Венера как возможное будущее Земли

Может ли в будущем у Земли появиться атмосфера, подобная современной атмосфере Венеры? Как известно, эта планета имеет наиболее специфическую атмосферу – очень горячую (до 450 °С) и плотную, состоящую в основном из СО₂.

А почему нет? Вполне возможно, так как на Земле накоплено в поверхностных слоях огромное количество карбонатных пород, и если предстоящий нагрев поверхности Земли (за счет превращения Солнца в красного гиганта) достигнет достаточной величины, возможна декарбонатизация и быстрый рост содержания СО₂ в атмосфере, как и ее плотности. Так что Венера может быть моделью для будущего Земли.

Чтобы ответить на вопрос о будущем нашей планеты, в первую очередь следует взглянуть на эволюцию Солнечной системы в целом, так как все ее планеты имеют общее происхождение, и их внешние оболочки сильно зависят от активности Солнца.

Считается, что планеты нашей системы сформировались из гигантской протопланетной газопылевой туманности примерно в одно и то же время, около 4,6 млрд лет назад (Vityazev, 1983; Vityazev and Pechernikova, 2009; Ernst, 2014).

Чтобы ответить на вопрос о будущем нашей планеты, в первую очередь следует взглянуть на эволюцию Солнечной системы в целом, так как все ее планеты имеют общее происхождение, и их внешние оболочки сильно зависят от активности Солнца. Считается, что планеты нашей системы сформировались из гигантской протопланетной газопылевой туманности примерно в одно и то же время, около 4,6 млрд лет назад  (Head, 2014; Ernst, 2014).

На модели Солнечной системы показаны четыре внутренние планеты земной группы – Меркурий, Венера, Земля и Марс, а также четыре внешние – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В отличие от этих газовых гигантов из водорода и гелия, планеты земной группы состоят из кислорода, кремния, железа и других тяжелых элементов. Credit: NASA/JPL

Дальнейшую эволюцию планет условно делят на шесть стадий, причем первые три стадии характерны только для планет земной группы – Меркурия, Марса и Земли, а также, частично, Луны, на которых они проходили во многом синхронно.

Что касается Венеры, то о ранних стадиях ее эволюции мы знаем пока недостаточно, потому что на этой планете древние геологические структуры перекрыты молодыми вулканическими породами, а из-за плотной облачности изучение ее поверхности очень затруднено (Head, 2014; Ernst, 2014).

Рождение планет

Итак, первая стадия формирования планет – это аккреция, сгущение газопылевой туманности. Для Земли длительность этого процесса по данным моделирования и изотопного анализа составила около 100—120 млн лет (Vityazev and Pechernikova 2009; Kleine et al., 2002). Примерно столько же длилась эта фаза у Марса, Меркурия и, по-видимому, у Венеры (Head, 2014; Ernst, 2014). Формирование Луны шло другим путем и на порядок быстрее: она отделилась от Земли в результате столкновения с гипотетической планетой размером с Марс либо перестройки двойной планеты.

На стадии аккреции сформировалась и первичная атмосфера планет земной группы, которая в дальнейшем заметно эволюционировала. В тяжелой и плотной атмосфере юной Земли отсутствовал кислород, но было много свободного водорода и простейшего углеводорода – метана. Постепенно, параллельно с образованием океана она трансформировалась в современную малоплотную атмосферу, состоящую из свободного азота и кислорода  (Adushkin et al., 2007; Zharkov, 2013). О первичной атмосфере Венеры мы ничего не знаем, кроме того, что свой современный облик она обрела около 1 млрд лет назад в результате активных вулканических процессов.

Геологическую историю планет земной группы можно проследить по динамике формирования их поверхности и приповерхностных структур. Эволюцию планет земной группы можно условно поделить на шесть стадий. На I стадии происходило формирование планет за счет аккреции, лишь Луна имеет другое происхождение. На II стадии постепенно закончилась тяжелая метеоритная бомбардировка на Марсе, Земле и Луне, а также начались процессы тектоники плит, наиболее ярко выраженные на Земле. На III стадии завершился плюмовый магматизм на Марсе, а на Луне и Меркурии всякая тектоническая активность исчезла ранее. Стадии V–VI отчетливо фиксируются лишь на Земле и Венере. На Венере это период активного плюмового магматизма, а на Земле – образования современных океанов и континентов. В последние 200 млн лет специфическая тектоническая активность проявлялась на Ио – крупнейшем спутнике Юпитера, магматизм и конвекция на котором обусловлены высоким содержанием серы и его периодическими сжатиями-растяжением при изменении расстояния от Юпитера. По: (Head, Coffin, 1997; Ernst, 2013; 2014), с добавлениями N. L. Dobretsov.

Стадия аккреции и последующего раннего развития, сопровождавшегося метеоритными бомбардировками на всех планетах земной группы, кроме Венеры, и Луне, завершилась около 3,8 млрд лет назад, что подтверждается изотопными данными для Земли и Луны. На следующей, II стадии закончилась и тяжелая метеоритная бомбардировка Луны, Земли и, вероятно, Марса (Bottke et al., 2012). Наиболее отчетливые следы этого грандиозного явления обнаружены на «безатмосферной» Луне: судя по ним, максимум падения крупных метеоритов пришелся на период 4,0—3,3 млрд лет назад, а последние из них упали на лунную поверхность не позднее 1 млрд лет назад (Hiesinger et al., 2011).

Итак, первые 2,6 млрд лет на Меркурии, Марсе, Земле и Луне шли примерно схожие процессы формообразования. К концу III стадии завершился плюмовый магматизм на Марсе, связанный с подъемом из глубин планеты горячих расплавов магмы, а на Меркурии и Луне все признаки какой-либо магматической активности исчезли много ранее. Но не так обстояла ситуация на Земле и Венере. Эволюция земного океана и океанических структур, связанных с формированием и изменением структуры течений в верхнем слое мантии (астеносфере), нашли отражение в так называемой тектонике плит – движении гигантских базальтовых плит, которые, как кусочки мозаики, составляют литосферу Земли (Stern, 2008; Dobretsov, 2009, 2010).. Ничего подобного этому явлению на других планетах не было обнаружено, за исключением Марса, где на ранних этапах могли происходить явления, схожие с тектоникой малых плит, характерной для Земли в раннем протерозое (Halliday et al., 2001; Ernst, 2014).

В отличие от Земли, магматическая активность и связанные с ней преобразования поверхностных структур отчетливо фиксируются на Венере только на поздних стадиях формирования планеты, как уже упоминалось выше.

Эти изображения поверхности Венеры были получены в результате визуализации данных межпланетной станции «Магеллан», дополненных данными других космических экспедиций и наземных радиолокационных наблюдений: а – северное полушарие (яркое пятно в нижней части – горы Максвелла высотой 11 км), б – восточное полушарие (темные области – следы падения крупных метеоритов на равнинах). Credit: NASA/JPL

Если рассмотреть ход параллельных процессов на двух этих планетах, то 1,8—1,0 млрд лет назад на Венере началось формирование современной плотной атмосферы на фоне роста активности плюмового магматизма, завершившееся 0,8—0,5 млрд лет назад, а на Земле в этот период шло образование современных океанов, континентов и биосферы (Dobretsov, 2010, 2014). За последние 200 млн лет поверхность Земли приобрела свой окончательный облик, в то время как атмосфера и вулканизм Венеры продолжали функционировать на том же самом относительно стабильном уровне.

Таким образом, эволюция всей Солнечной системы представляет собой сложнейшее явление, когда прекращение активности на одной планете сопровождается появлением или усилением активности на другой. Хотя, как отмечено выше, есть и определенное сходство стадий на разных планетах земной группы. Причиной такого сходства является, во-первых, единое происхождение планет. Во-вторых, интенсивная метеоритная бомбардировка, которой завершился процесс аккреции. И, наконец, плюмовый магматизм, яркие проявления которого периодически фиксируются на Земле в течение всей ее истории, на Марсе – первые 2 млрд лет, а на Венере – в последний 1 млрд лет.

Ниже мы подробнее остановимся на условиях формирования специфической атмосферы и магматизма Венеры, а также возможности появления аналогичных явлений на поздних стадиях эволюции нашей планеты.

На планете с облаками из серной кислоты

С одной стороны, Венера очень похожа на Землю. Ее радиус составляет 0,95 от земного при практически одинаковой средней плотности вещества, из-за чего масса Венеры равна 0,8 от массы Земли. Однако Венера расположена ближе к Солнцу и вращается настолько медленно, что венерианский день составляет 225 земных суток. Неудивительно, что ее поверхность за 4 млрд лет нагрелась, и на ней сформировалась атмосфера, совсем не похожая на земную.

Облака в атмосфере Венеры состоят из мельчайших капель высококонцентрированной серной кислоты. Их V-образная форма – следствие сильных ветров, дующих вблизи экватора. Из-за плотного облачного слоя поверхность Венеры можно наблюдать лишь в радио- и микроволновом диапазонах, а также в отдельных участках ближней инфракрасной области. Этот снимок поверхности Венеры сделан зондом «Пионер-Венера-1» в ультрафиолетовых лучах в 1979 г. Credit: NASA

Данные по Венере продолжают уточняться, но на сегодня известно, что температура у ее поверхности составляет около 450 °С, а давление – 93(!) земные атмосферы. Основная часть атмосферы Венеры – это углекислый газ (96,5%) с примесью азота (3,5%) и следовыми количествами молекулярного кислорода, воды, аргона, сероводорода и других соединений (Kondratyev и др., 1987; Avduevsky и др., 1995; Basilevsky, Head, 2003; Bertaux et al., 2007; Svedham et al., 2007). Интере­сно, что хотя доля азота в атмосфере Земли значительно выше, общая масса азота в венерианской атмосфере в 4 раза больше из-за ее большей плотности и размеров.

На высоте 40—65 км на дневной стороне Венеры и 50—80 км – на ночной формируется облачный слой из мелких (диаметром около 2 мкм) капель раствора серной кислоты H₂SO₄ высокой концентрации. Откуда она берется? Предположительно, серная кислота образуется благодаря фотохимическому воздействию из сернистого газа SO₂, выбрасываемого в атмосферу с извержениями, который вступает в реакцию с активным атомарным кислородом (Basilevsky, Head, 2003; Bertaux et al., 2007):

SO₂+O→SO₃

SO₃+H₂O→H₂SO₄

В земной атмосфере тоже происходят подобные процессы, но в гораздо меньших масштабах.

В центре Венеры находится расплавленное железоникелевое ядро (1), окруженное мантией (2) и корой (3). Над поверхностью простирается плотная облачная атмосфера (4), где верхняя граница облаков проходит на высоте 65—70 км от поверхности (5). Еще выше располагается видимая с Земли внешняя «поверхность» атмосферы, характеризующаяся наиболее резкими температурными колебаниями (6). По: (Dinwiddie et al., 2014)

Атмосферу Венеры можно поделить на тропосферу, мезосферу, термосферу и ионосферу. Плотная ее часть – тропосфера, простирается от поверхности до 65 км (верхней части облачного слоя) и содержит 99 % всей массы атмосферы. Большая часть (90 %) атмосферы Земли находится до высоты 10 км, Венеры – до высоты 28 км от поверхности. И лишь на высоте 49,5 км давление здесь становится таким же, как на Земле на уровне моря, а на высоте 54 км опускается до земных значений температура (21 °С) (Patzold et al., 2007). Именно здесь, где есть водяные пары и условия среды близки к земным, может существовать жизнь, пусть и в простейшей форме (Bortman, 2004; и др.). В верхней части тропосферы благодаря сложной конвекции возникают сильные полярные вихри (Svedhem et al., 2007).

Еще выше, до высоты 120 км, простирается мезосфера. Ее нижняя часть (на высоте 62—73 км) совпадает с верхним слоем облаков, а температура здесь опускается до –43 °С. Самый холодный (до –108 °С) на дневной стороне слой атмосферы располагается на высоте 73—95 км. Выше мезосферы начинается термосфера, которая характеризуется наиболее сильными температурными контрастами: на дневной стороне температура может возрастать до 127 °С, а на ночной – падать до –173 °С (Bertaux et al., 2007).

Плотная часть атмосферы Венеры (тропосфера) простирается от поверхности до высоты 65 км (верхней части облачного слоя) и содержит 99 % всей массы атмосферы. Наиболее сходной с земной атмосферой является верхняя часть тропосферы (тропопауза) между 49,5 и 58 км (Patzold et al., 2007). На рисунке – модель физической структуры атмосферы Венеры, на которую наложены данные по температуре и давлению, полученные советской автоматической научно-исследовательской космической станцией «Венера-8», запущенной в 1972 г. По: (Basilevsky, Head, 2003)

Такие температурные колебания связаны с особенностями циркуляции в верхней мезосфере и термосфере. На высотах 90—150 км воздушные массы перемещаются с дневной стороны на ночную, что сопровождается апвеллингом (подъемом) над освещенным полушарием и даунвеллингом – над темным. Ночной даунвеллинг вызывает адиабатический нагрев, что формирует относительно теплый (–40 °С) слой на ночной стороне мезосферы на высоте 90—120 км.

С термосферой практически совпадает ионосфера, которая располагается на высоте 120—300 км и имеет вытянутую форму. В двух ее нижних слоях ионы представлены преимущественно O²⁺, в верхнем – О⁺, а электроны достигают максимальной плотности в среднем слое (Patzold et al., 2007). Несмотря на развитую ионосферу, Венера имеет очень слабое магнитное поле, возможно, из-за отсутствия конвекции в ядре, хотя наличие на Венере интенсивного плюмового магматизма как будто противоречит этому факту (Russel, Zhong et al., 2007).

Одной из важнейших нерешенных научных проблем, связанных с Венерой и ее атмосферой, является практически полное отсутствие атмосферного кислорода и воды, хотя 4—3 млрд лет назад на этой планете, вероятно, существовал океан. Сценарий перехода к современной Венере должен быть связан с эволюцией ее магматизма. По крайней мере, в последний миллиард лет именно вулканизм плюмового типа являлся на этой планете главным формообразующим процессом (Ernst, 2014).

Планета вулканов

Возраст самых древних вулканических пород на Венере, представляющих собой остатки древнего фундамента и кристаллических плато, равен 0,8—2,0 млрд лет, а возраст большинства вулканитов оценивается в 500—800 млн лет (Ernst, 2014; Bjonnes et al., 2012; Basilevsky, Head, 2001, 2002).

Тщательное изучение снимков поверхности Венеры позволило выделить 168 отдельных больших вулканов с диаметром более 100 км и 289 более мелких, а также 208 вулканических полей, по площади превышающих 50 тыс. км². Наиболее грандиозные вулканические поля площадью 0,2—1,6 млн км² занимают более одной десятой от площади всех венерианских равнин – преобладающей формы местного рельефа (Crumpler, Aubell, 2000; Magee, Head, 2011; Davey et al., 2013). 

Остальные 140 полей с меньшей площадью (около 100 тыс. км²) имеют особую радиальную структуру, в центре которой расположен большой вулкан или корона (крупное валообразное поднятие, окруженное трогом – рвом с плоской, иногда слегка выпуклой или вогнутой центральной частью). Большинство крупных лавовых полей связаны со структурами растяжения (рифтами, рифтоподобными структурами и т. п.) и сформировались, очевидно, в результате горизонтального растяжения литосферы. Для нас же особый интерес представляют радиальные трещинно-грабеновые системы, очень напоминающие радиальные дайковые системы Земли, связанные с мантийными плюмами – узкими горячими потоками вещества, устремляющимися к поверхности из мантии.

На трехмерной модели западной части области Эйстлы в экваториальной области Венеры видны простирающиеся на сотни километров застывшие лавовые потоки, среди которых выделяются вулканы Гула и Сиф. Credit: NASA/JPL

Первые такие поля были обнаружены на Венере еще во время проекта «Магеллан», когда межпланетная станция НАСА впервые провела полномасштабное радиолокационное картографирование поверхности планеты (Grosfils, Head, 1994). Оказалось, что радиус таких систем на Венере гораздо больше, чем на Земле, и может достигать 2,5 тыс. км. А недавно ученые предположили существование на южной окраине венерианской Земли Афродиты еще более масштабной радиальной трещинно-грабеновой системы, в центре которой расположена уникальная структура Артемида (Ernst et al., 2003; Krasilnikov, Head, 2003).

Артемида – это деформированная корона, в которой внешний трог имеет диаметр более 5 тыс. км, при этом диаметр самой радиальной трещинно-дайковой системы составляет 12 тыс. км (Hansen et al., 2000). Предполагается, что она сформировалась на тонкой литосфере и в этом смысле могла быть аналогом земных океанических мантийных суперплюмов в Индийском и Тихом океанах, где реконструируемый диаметр суперплюма близок к 10 тыс. км (Добрецов, 2010, 2011; Ernst, 2014).

Система Артемида и некоторые крупные вулканические скопления могут также представлять собой кластеры плюмов (Ernst, 2014). Наиболее вероятным кандидатом на эту роль является регион ВАТ, занимающий 20 % поверхности Венеры, где выделяются три скопления вулканов, более 60 крупных вулканов и сотни корон, а также множество рифтов разных размеров (Basilevsky, Head, 2000; Ernst, 2014).

Геологическая структура («корона») Артемида является, предположительно, центром крупнейшей радиальной трещинно-дайковой системы с диамтром 12 тыс. км. Credit: NASA/JPL

Считается, что почти все вулканы на Венере являются базальтовыми с примесью щелочных и кислых пород, но щелочные и карбонатные породы могут составлять и более значительную их часть (Ernst, 2014). Об этом свидетельствуют анализы поверхности Венеры, полученные с космических станций, и данные наблюдений с помощью телескопов. Р. Эрнст в своих лекциях в НГУ в марте 2016 г. привел данные, из которых можно сделать вывод, что очень жидкие потоки и озера Венеры сложены главным образом карбонатными породами, однако прямых доказательств их значительной доли в продуктах вулканизма Венеры пока нет. Эти породы могут служить главным и стабильным источником поступающего в атмосферу СО₂ и обеспечивать постоянство его содержания на протяжении миллиарда лет, несмотря на реакции диссоциации и интенсивную конвекцию.

На Земле в любой крупной плюмовой провинции обязательно присутствуют щелочные породы или карбонатиты (Buchan, Ernst, 2001; Ernst, 2014). На Венере их доля может быть значительно выше благодаря более высокой температуре не только на поверхности, но и в недрах, а также с учетом некоторых отличий по составу во внутренних оболочках этих планет. Активность плюмов на протяжении всей истории Земли оказывала сильное влияние на состав Мирового океана и биосферы. Аналогичное влияние на атмосферу и возникновение жизни на Венере могли оказать и венерианские плюмы, но этот вопрос требует дополнительных исследований.

Земной сценарий

Возвращаясь к вопросу о будущем Земли, обратимся к очень интересным результатам исследований группы европейских астрономов и геологов, посвященных эволюции Земли и ее биосферы за последние 2,5 и на последующие 1,5 млрд лет, которые я уже неоднократно цитировал (Bounama et al., 2004; Dobretsov, 2009, 2013).

Согласно этим работам, главным регулятором приповерхностных условий на Земле и эволюции биосферы была и будет средняя температура ее поверхности. Когда 2,5 млрд лет назад она составляла 48—50 °С, вся биосфера была представлена простейшими одноклеточными организмами – прокариотами (бактериями и археями) общей биомассой в 400—500 Гт (гигатонн) углерода. Когда спустя 700 млн лет температура поверхности опустилась ниже 30 °С, возникли эукариоты – организмы с оформленным клеточным ядром. Примерно 1 млрд лет назад масса биосферы достигла более 1 тыс. Гт углерода, из которых 600 Гт приходилось на долю эукариотов.

Трехмерная модель вулкана Маат – самого высокого вулкана на Венере, возвышающегося над поверхностью планеты более чем на 8 км. Credit: NASA/JPL

Затем на Земле началось быстрое похолодание до 0—10 °С, результатом которого стали сильнейшие в истории планеты оледенения, закончившиеся 550—600 млн лет назад (Dobretsov and Chumakov, 2001; Dobretsov, 2009).. Естественно, в эту эпоху биомасса снизилась почти вдвое, но падение сменилось быстрым ростом, завершившимся на рубеже 540 млн лет назад вторым максимумом. Главное, что в это время появились и быстро стали развиваться высшие организмы – многоклеточные эукариоты с хорошо дифференцированными тканями и органами.

В последующий период вплоть до наших дней средняя температура не опускалась ниже 10 °С и не поднималась выше 20—25 °С. Можно предположить, что в ближайшие 550 млн лет колебания температуры поверхности Земли продолжатся при общем тренде ее роста до значений около 30 °С. В результате к концу этого периода масса биосферы уменьшится до значений достигнутых, 2,0—2,5 млрд лет назад.

Разнообразные магматические структуры на поверхности Венеры: необычный вулкан Сапас с двуглавой вершиной (а); лавовое поле в области Альфа (б); радиальные дайки (в); вулкан типа «корона» – крупное валообразное поднятие, окруженное рвом-троггом (г); извилистые лавовые каналы шириной 1–2 км и длиной десятки-сотни км (д); щитовые равнины с небольшими вулканами характерной формы (е).

В дальнейшем температура поверхности будет быстро расти из-за увеличения размеров Солнца и степени солнечной инсоляции в результате превращения Солнца в красного гиганта. Когда температура заметно превысит 30 °С, исчезнут высшие многоклеточные организмы, а при 40 °С – все остальные эукариоты. Большинство современных видов прокариот исчезнет после рубежа в 70 °С, а при более высоких температурах – вообще все формы жизни, основанной на углеводородных цепях РНК и ДНК (Bounama et al., 2014).

Монтаж из снимков планет Солнечной системы и четырех спутников Юпитера, сделанных американскими космическими аппаратами «Вояджер». Credit: NASA

Скорее всего, рост температуры на поверхности Земли продолжится, и через 1,5—1,7 млрд лет она может превысить 100 °С. Тогда начнется заключительный этап перехода к состоянию, близкому к современному на Венере. Начнут кипеть и испаряться океаны, сформируется мощный слой облачности. Из-за многократного усиления парникового эффекта нагревание поверхности Земли пойдет еще быстрее. Когда температура достигнет 400—450 °С, а давление – 50—60 атмосфер, начнется окисление керогена – рассеянной и концентрированной органики, а также декарбонатизация, т. е. разложение таких минералов, как доломит и карбонат кальция (CaCO₃→CaO+CO₂, CaMg(CO₃)₂→ CaO+MgO+2CO₂). В результате взаимодействия с кремнеземом такие реакции происходят при более низких температурах, (около 450 °C) и давлении 60 атмосфер (CaCO₃+ SiO₂→CaSiO₃+CO₂, CaMg(CO₃)₂ + 2SiO₂→ CaMgSi₂O₆ + 2CO₂).

В результате кора обогатится силикатами кальция и магния, а в атмосфере будет падать содержание кислорода и нарастать содержание углекислого газа и воды, которая будет переноситься во внешнюю оболочку Земли и быстро диффундировать в космос.

На основе знаний об эволюции биосферы Земли за последние 2,5 млрд лет, можно предположить, что разогревание планеты приведет к «обратному» ходу эволюционных процессов. Когда температура заметно превысит 30 °С, исчезнут все высшие многоклеточные организмы, а через 400—500 млн лет общая масса биосферы, выраженная в гигатоннах углерода, упадет примерно вдвое. Через 750 млн лет исчезнут все эукариотические организмы, а еще через 1,5 млрд лет – все существующие ныне прокариоты (бактерии и археи). По: (Bounama et al., 2004), с добавлениями автора (Dobretsov, 2009)

Эти изменения напоминают эволюцию атмосферы Земли на ранней стадии, только «наоборот» (Dobretsov, 2010, 2014). При остывании Земли ее первичная атмосфера теряла плотность, шли процессы окисления, а пары воды и углекислый газ обособлялись в виде гидросферы и карбонатных отложений. Нагревание планеты должно запустить обратные процессы, которые приведут к росту плотности атмосферы благодаря росту концентрации углекислого газа, а также потерям свободного кислорода и воды. Что касается временных сроков, то после аккреции Земля остывала в течение 5 млрд лет, а с началом роста температуры она за 1,5 млрд лет может превратиться во вторую Венеру.

Сама Венера, находясь ближе к Солнцу, остывала медленнее и в меньшей степени. Вновь нагреваться она начала уже в начале протерозоя, т. е. около 2,5 млрд лет назад, и через 0,5—1,5 млрд лет ее атмосфера приобрела современный облик. Примерно через 6 млрд лет после образования условия на Земле и Венере вновь станут похожи, хотя эти оценки, безусловно, очень приблизительны.

Современная атмосфера Венеры сформировалась, судя по разным оценкам, 1 или 2 млрд лет назад (а и б соответственно). На основе результатов моделирования изменений температуры поверхности Земли и Венеры в прошлом и будущем можно предположить, что остывание Земли после процесса аккреции продолжится в течение 5 млрд лет, а ее существенное нагревание начнется через 500 млн лет, считая от настоящего времени. В результате через 1,5 млрд лет после начала нагревания Земля может достигнуть состояния, близкого к современной Венере. По: (Greenspoon, 1998 Bortman, 2004; Bounama et al., 2004; Rozanov,2009; Dobretsov, 2009)

Отдельного внимания заслуживает вопрос о возможностях появления биосферы на Венере в условиях, на первый взгляд кажущихся несовместимыми с жизнью. Кстати говоря, и на Земле биосфере пришлось пройти через несколько переломных моментов, продемонстрировав свою исключительную «живучесть».

Считается, что жизнь на Земле окончательно закрепилась и стала развиваться около 3,9 млрд лет назад, а до этого могла возникать неоднократно, но каждый раз гибнуть в результате интенсивной метеоритной бомбардировки (Zavarzin, 2009; Rozanov, 2009). Земной биосфере пришлось претерпеть значительные перестройки и во время больших оледенений, а также катастрофических плюмовых извержений, таких как сибирские траппы (Hoffman, Schred, 2002; Maruyama, Liou, 2005; Wignall, 2007, Dobretsov, 2009; Sobolev et al., 2011).

Когда Венера находится точно между Солнцем и Землей, можно наблюдать редкое астрономическое явление – «транзит Венеры», своего рода солнечное затмение, когда Венера перемещается по диску Солнца в виде маленького черного пятнышка. Credit: NASA

На Венере же на ранних стадиях «параллельная» эволюция жизни и поверхности планеты могла идти долго и постепенно, и такие простейшие организмы, как бактерии, могли потом эмигрировать с поверхности в облачный слой, где есть вода и необходимые для жизни элементы. При этом бактерии могли концентрироваться на участках с пониженным уровнем H₂SO₄ и даже активно поддерживать этот уровень, используя энергию Солнца. Одним из косвенных доказательств существования на Венере живых организмов является обнаружение в ее облаках карбонильного сульфида CO(S), который образуется на Земле под каталитическим воздействием бактерий (David, 2003).

Двуглавая гора Сапас – один из самых зрелищных крупных вулканов Венеры с диаметром подножия около 400 км. Гора увенчана двумя кратерами, а ее склоны покрыты застывшими переплетающимися лавовыми потоками, некоторые из которых могли образоваться раньше вершин. Credit: NASA/JPL

Что касается возможного будущего Земли, то при самом неблагоприятном развитии «венерианского» сценария люди могут заблаговременно переселиться на Луну или Марс, а бактерии – мигрировать в облачный слой, как это, вероятно, и произошло на Венере. Кстати сказать, и сейчас в земных облаках обнаруживаются вполне жизнеспособные специфические бактерии (Landis, 2003; David, 2003).

Самым же фантастическим исходом можно считать возникновение на Земле альтернативной углеродно-кислородной формы жизни при переходе углерода в четверную координацию – «тетраэдрную», как у алмаза, и появление углеродно-кислородных цепочек, схожих с силикатными из пироксенов и амфиболов, которые содержат азот и фосфор и устойчивы при высокой температуре.

Теоретически предсказано, что такая координация углерода может возникать при очень высоких давлениях, но не исключено, что в живых организмах она может существовать и в более мягких условиях. Но это, конечно, пока только предварительные идеи…

References:

• Adushkin V. V. and Vityazev A. V. The origin and evolution of the Earth: A contemporary view // Herald Russ. Acad. Sci. 2007. V. 77. N. 3. P. 232—238.
• Bortman H. Was Venus alive? The signs are probably there // Astro-biology Mag. 2004. N 8.
• Bounama C., Blok W. von, Franck S. Das Ende des Raumschiffs Erde // Spectrum der Wessen schaft. October. 2004. P. 100–104.
• Dobretsov N. L. Global’naya geodinamicheskaya evolutsiya Zemli I global’nye geodinamicheskie modeli (Global geodynamic evolution of the Earth and global geodynamic models // Geologiya i geofizika. 2010. V. 51. N. 6. P. 761—784 [in Russian].Ernst R. E. Large igneous provinces. Cambridge Univ. Press. 2014. P. 653.
• Grinspoon D. Venus Revealed: A new look below the clouds // Reading Mass. 1998. ISBN 978 – 0201328394.
• Head J. W. The geologic evolution of Venus: insights into Earth history // Geology. 2014. V. 42. P. 95—96.
• Problemy proiskhozhdeniya zhizni (The Origin of Life). Ross. Akad. Nauk. Moscow. PIN. 2009. P. 168—184 [in Russian].Svedhem H., Titov D. V., Taylor F. C, Witasseo. Venus a more Earth–like planet // Nature. 2007. V. 450. P. 629—632.
• Wignall P. B. The link between large igneous province eruptions and mass extinction // Elements. 2005. V. 1. P. 293—297.
• Zasova L. V., Morozov V. N., Minkin V. I., and Maiorov B. S. Stroenie atmosphery Venery ot poverkhnosti do 100 km vysoty (Structure of the Venusian atmosphere from the surface up to a height of 100 km) // Kosmicheskie issledovaniya. 2006. N. 44. P. 381—400 [in Russian].
• Zharkov V. I. Vnutrennee stroenie Zemli i planet (Internal Structure of the Earth and Planets). Moscow. Nauka i obrazovaniye. 2013. [in Russian].

N. L. Dobretsov,
Dr.Sci.(Geo.-Min.)

☘️🌱☘️🌱☘️

По теме:

• Венера