金星曾与地球相似,但气候变化使其变得不适宜居住

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Less than one billion years ago, Venus's climate changed due to a runaway greenhouse effect.Image: NASA
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  • 最新模型研究显示,金星表面温度曾可能与当今地球相近。

  • 它很可能还拥有海洋、降雨,或许还有降雪,也可能存在大陆和板块构造运动。

  • 但当灾难性的火山喷发将大量二氧化碳释放到大气中时,金星的气候被永久改变了。

  • 金星的命运能否为我们这里的地球提供严峻的教训?

我们可以从我们的姐妹星金星身上学到很多关于气候变化的知识。金星目前的表面温度高达450℃(相当于烤箱自清洁程序的温度),其大气以二氧化碳为主(占96%),密度是地球大气的90倍。

金星是一个非常奇特的地方,完全不适宜居住,除非或许在约60千米高空的云层中,那里最近发现的磷化氢可能暗示存在漂浮的微生物生命。但其表面完全不适宜生存。

然而,金星曾经很可能拥有与地球相似的气候。根据最新的气候模型研究,在其大部分历史时期,金星表面温度曾与当今地球相近。它很可能还拥有海洋、降雨,或许还有降雪,也可能存在大陆和板块构造运动,甚至更具推测性地,或许还存在地表生命。

不到十亿年前,由于失控的温室效应,气候发生了剧烈变化。可以推测,一段密集的火山活动期向大气中排放了足够多的二氧化碳,引发了这一重大气候变化事件,这一事件蒸发了海洋,并导致水循环终止。

变化的证据

这一来自气候模型研究者的假说,启发了我在研究小组中的硕士生Sara Khawja(与地球科学家Claire Samson共同指导),让她去寻找金星岩石中关于这一假定气候变化事件的证据。

自20世纪90年代初以来,我在卡尔顿大学的研究团队,以及近来我在托木斯克国立大学的西伯利亚团队,一直在绘制并解读这颗令人瞩目的地球姐妹星的地质和构造历史。

20世纪70和80年代的苏联金星号(Venera)和织女星号(Vega)任务确实在金星上着陆,拍摄了照片并评估了岩石成分,之后着陆器因高温和高压而失效。不过,我们对金星表面最全面的认识,是由20世纪90年代初的NASA麦哲伦号探测器提供的的。它利用雷达穿透致密的云层,获得了金星超过98%表面的详细图像。

古老的岩石

我们寻找这一重大气候变化事件地质证据的过程,使我们将重点放在金星最古老的岩石类型上,称为镶嵌地(tesserae),其复杂的外观暗示着漫长而复杂的地质历史。我们认为,这些最古老的岩石最有可能保存水侵蚀的证据,而水侵蚀是地球上非常重要的过程,并且在这一重大气候变化事件之前,金星上也应当发生过这一过程。

鉴于高度数据分辨率较差,我们采用了一种间接技术,试图识别古老的河谷。我们证明,周围火山平原上较年轻的熔岩流填满了镶嵌地边缘的河谷。

令我们惊讶的是,这些镶嵌地河谷的形态与地球上的河流流动形态非常相似,因此我们提出这些镶嵌地河谷是在具有类地气候条件的时期,由河流侵蚀形成的。我的卡尔顿大学和托木斯克国立大学的金星研究团队正在研究镶嵌地之后的熔岩流,寻找向极端高温条件转变的任何地质证据。

阿尔法区(Alpha Regio)的一部分,这是金星表面的一处地形高地。Image: 美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室

地球类比

为了理解金星上的火山活动如何能够引起这样的气候变化,我们可以借鉴地球历史进行类比。我们可以在以下超级火山喷发中找到类比,例如约63万年前发生的黄石最后一次喷发。

但与大火成岩省(LIPs)相比,这种火山活动规模较小,大火成岩省大约每2000万至3000万年出现一次。这些喷发事件可以释放足够多的二氧化碳,从而引发地球上的灾难性气候变化,包括大规模灭绝。为了让你们了解规模,请考虑最小的大火成岩省产生的岩浆,足以覆盖整个加拿大,深度约为10米。已知最大的大火成岩省产生的岩浆,足以覆盖一个与加拿大面积相当的区域,深度接近8千米。

金星上的大火成岩省类似物包括直径达500千米的单个火山、长达7000千米的广阔熔岩通道,以及相关的裂谷系统(地壳正在裂开的地方),长度可达10000千米。

如果大火成岩省式火山活动是金星上那次重大气候变化事件的原因,那么类似的气候变化是否会发生在地球上?我们可以设想,在数百万年后的未来,多个大火成岩省随机且同时出现,可能使地球发生如此失控的气候变化,最终形成类似今日金星的状况。

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