nngs
发表于 2005-7-23 23:00
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这篇文章是夹在一篇长文(金星全球气候变迁)中的短文, 载于《科学美国人》1999，3月号。文章自成完整一篇，内容很不错。长篇母文也非常好，但限于时间，就不翻译了，推荐有兴趣的朋友自己找来阅读。译文属牧夫所有，未经同意，请勿转载。nngs
科学美国人1999, 3月号, 56页 文中文译文
题目: 为什么金星如此让人难以居住?
by M. A. B. and D. H. G.
地球和金星当前气候的迥然不同是同这两个世界的水
的过去紧密相关的. 地球的海洋和大气现在含的水是
金星大气中水量的100,000倍. 液态水是二氧化碳和地表
岩石反应的媒介. 因为它, 空气中的二氧化碳可以形成
矿物. 并且, 混入地幔中的水可能是一种低粘滞层---岩流
圈---存在的主要原因, 大陆板块得以在其上移动. 碳酸盐
矿及其衍生物在构造板块上的形成避免了二氧化碳积累
到金星表面那样的水平.
行星形成模型已经预言了这两个天体应该从来自外太阳
系冰质物体撞击中获得大约相同量的水. 而事实呢, 当1978
年先驱者金星探测进入轨道后, 测量了金星大气含水中的
氘和普通氢的比值. 这个比值让人吃惊, 是地球对应值的
150倍(见1994,4月号科学美国人的文章). 最可能的解释是金
星曾经有远比现在多的水, 但失掉了. 氕(普通氢)和氘化学
性质相同, 同时存在在水分子中.当水蒸气飘浮到上层大气
时, 被太阳紫外线辐射分解成氧和氢(或氕或氘). 因为氕轻
些, 比氘更容易逃离到太空, 所以氘的相对含量就增加了.
为什么这个过程发生在金星上却没在地球上呢? 1969年,
加州理工的Andrew P. Ingersoll证明了如果一个行星得到的
太阳辐射足够强, 任何表面水都会很快蒸发掉. 这增加的
水蒸气进一步加热大气, 引发了他称为逃离型的温室效应.
这个过程会输送行星上大块的水体到大气上层, 在那里最
终被光解丢失掉. 后来, 宾州大学的James F. Kasting, Owen
B. Toon, 和他们的同事发展了一个更详细的关于这个效应
的模型(见1988年2月号科学美国人的文章介绍). 他们估算
了引发逃离型温室效应的临界太阳辐射通量, 大约比现在
地球处的通量数值大40%. 这个数值大约等于刚形成时的
太阳在金星轨道处的辐射通量, 那时的太阳比现在暗30%.
一个地球海洋级的水体可以在金星形成的最初三千万年
内逃离金星.
这个模型的弱点在于, 如果金星早期象她现在这样有个厚
厚的二氧化碳大气的话, 她是可以维持大部分的水的. 丢
掉的水量依赖于到底水要升到多高才会被光解. 对一个有
厚厚大气的行星来说这个水量是很少的. 而且, 任何在这
个过程中形成的云都会把太阳光反射回太空而关掉这个
逃离型温室效应.
所以Kasting小组也考虑了太阳辐射略微低于临界值的情形.
这种情况下, 金星会有非常热的海洋和一个很潮湿的同温层.
海水通过溶解二氧化碳形成碳酸盐而保持底密度的二氧
化碳成分. 由于水在岩流圈的润滑作用, 板块构造机制可
能开始运作. 总之, 金星拥有了一些和今天地球类似的稳
定气候的机制. 但这些机制并非永不失效的. 大气的低密
度并不能阻止水扩散到高层. 大约六亿年后, 海洋级的水
体最终消失了. 板块移动停止了, 火山和热传导成了内部
冷却机制. 这样, 二氧化碳终于在大气中积累起来了.
这个图象, 着眼于一种潮湿温室效应的说法, 描述了太阳,
气候, 和地理变迁的复杂相互作用. 大气和行星表面的各
种过程可以互相维持保持状态持久, 或者它们互相拆台导
致毁灭. 如果理论是对的, 那金星也曾有海洋----甚至生命,
尽管这点也许不可能被证实的. |
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