При взгляде на спутник Юпитера Ио, – самое, между прочим, вулканически активное тело Солнечной системы, – буквально бросается в глаза интересная, хотя и отталкивающая расцветка ландшафта. Соединениями серы покрыто всё. Когда-то даже считалось, что у Ио из серы состоит кора, но теперь известно, что речь может вестись лишь о налёте, от миллиметров до метров толщиной. В среднем же слой серы ограничивается лишь сантиметрами.
То есть, серы на Ио немного. Не больше, чем на Земле. Но сера – везде. Потому что вулканы непрерывно плюются сернистым газом. Теряя под действием радиации титанических поясов Юпитера кислород, сера оседает. Затем, – всего через миллион лет в среднем, – снова опускается в мантию, находит там новый кислород, образует газ и в таком виде вырывается из жерл вулканов…
Почему, сера?
Потому что, больше на Ио ничего нет. Остальное, включая углерод даже, – давно кончилось. Кора на этом, согреваемым юпитерианскими приливами теле, сменяется в 100 (сто) раз быстрее, чем на Земле. Соответственно, в сто раз активнее происходит выделение газов. Сила же тяжести слишком мала, чтобы газы, – кроме самого тяжёлого – сернистого, – удержать.
На Ио нет других, кроме вовлечённого в круговорот сернистого газа, летучих веществ. Водяного пара при таком расходе могло хватить на 50-100 миллионов лет. Углекислого газа, вероятно, на больший срок, но ещё в земном катархее недра Ио стали работать так, как работают.
...О чём речь? О том, что планеты расходуют летучие вещества и запас таковых не безграничен. «Летучие вещества» это всё, что способно переходить в газообразное состояние при разумных – планетарных – температурах. В основном, «летучесть» проявляют соединения, содержащие водород (считая распространённые, – водяной пар, метан, сероводород, аммиак). Но не только. Считаются молекулярный азот и углекислота. Запас летучих веществ в недрах ограничен и не возобновляется.
Кстати, о недрах. В состав планеты земного типа водород попадает в виде молекул связанной в веществе хондритов (застрявшей в кристаллической решётке) воды. Углерод, азот и сера – в виде разного рода твёрдых химических соединений. Из хондритов образуется планетоид, в недрах которого начинается первичная дифференциация вещества… Но и он быстро становится лишь ядром. Причём, ядром «холодным». Потому что, снаружи – очень горячо. С возрастающей по мере увеличения массы второй космической скоростью в него врезаются платенезимали, а затем и другие планетоиды. Холодное ядро окружается перегретой, «сухой» мантией из которой всё летучее улетучилось. Часть потерянных газов потом планета соберёт из космоса в состав первичной атмосферы, – но это отдельный вопрос. Речь о недрах.
В недра же летучие вещества проникают при расплавлении холодного ядра и окончательной дифференциации с образованием уже ядра полностью железного. И важно при этом, что вещество земного ядра так раскалено, что сильно ионизировано. Химические соединения не могут существовать в таких условиях. Это значит, что летучие вещества выходят в нижнюю мантию в «разобранном» состоянии. Пар, например, в виде водорода и кислорода.
На уровне, где температура уже позволяет начать работать химии, происходит воссоединение. И тут на первый план выходит роль водорода. В общем, только его соединения достаточно мобильны, чтобы выйти в верхнюю мантию. В основном даже лёгкие химические элементы входят в состав недостаточно мобильных твёрдых (при характерном для нижней мантии давлениях) соединений. Водород же прёт наверх, прихватывая всё до чего дотянется, – кислород, углерод, азот, серу, фосфор. Ионизация всё ещё высока, молекулы не стабильны, но водород очень активен, и всё время норовит с чем-нибудь снова соединиться.
Таким образом, летучие вещества переходят в верхнюю жидкую мантию, где и растворяются. Выделение происходит при застывании лавы на границе с корой, или при извержениях, когда падение давления ведёт к «вскипанию» камня.
...В какой-то мере можно говорить о круговороте веществ. Например, углерод выходит из недр в газообразной форме, но позже множеством путей минерализуется, может увлекаться течением коры снова в мантию, где повторно, восстановив что-нибудь подходящее, превратится в углекислый газ. В круговорот (и на Земле) в значительной мере вовлечена сера. Но на азот и, особенно, водород это почти не действует. Теоретически, атом водорода может вернуться в мантию, если его утянет туда вместе с застрявшей в трещинах водой. Однако, это крохи… Куда чаще, водород с поверхности планеты уходит в космос.
Водород расходуется.
Азота тоже жалко. Без него ни нормальной атмосферы, ни жизни.
Соответственно, возникает вопрос, как с запасами на Земле.
На Земле с водородом, азотом и углеродом всё хорошо. Израсходовано – по оценкам – только 10%. Да и то, – с толком израсходовано, – на создание атмосферы и гидросферы. Проблемы если и ожидаются, то только с энергией для подачи газов из мантии.
На Марсе всё ещё лучше. Расход на уровне 1-0.1%. Но кончилась именно энергия. Подающие газ в атмосферу насосы отключились.
Интереснее всего ситуация на Венере. Там-то расход, оцененный по азоту, – 40%! Причём, почти всё что вылетело из жерл вулканов, – девять десятых или более – потеряно безвозвратно. На самом деле, на поверхности Венеры лёгких веществ мало. Втрое меньше, чем на Земле. У нас же надо считать ещё и гидросферу.
Бонусные статьи на Boosty и поддержка канала
Что стряслось на Венере, – при каких обстоятельствах она извергла из недр такую бездну газов (причём, сейчас у неё нет жидкой мантии, – Венера холоднее Земли) – вопрос, пока не имеющий внятного ответа.