Хотя мы часто называем Венеру "сестрой" или "близнецом" Земли из-за их схожести по размеру, массе и составу, две планеты мало в чем схожи в остальном. На Венере невыносимо высокие температуры поверхности около 464 °C (867 °F), невероятно высокое давление на поверхности и атмосфера, содержащая более 96% углекислого газа. Хотя Земля и её горячий сосед почти ничего не имеют общего кроме размера, исследователи из Брауновского университета обнаружили одну особенность, которой могли обладать их поверхности давным-давно. Опубликованные в журнале Nature Astronomy результаты исследования предполагают, что Венера могла когда-то иметь активную тектонику плит, подобную нашей родной планете.
Тектоника плит движет многими процессами на Земле
Тектоника плит является важной частью жизни на Земле. Движение больших плит земной коры отвечает за формирование гор, вулканов и континентов, а также за обновление коры за счет образования новой коры на срединно-океанических хребтах и поглощение старой коры на сходящихся границах плит. Тектоника плит управляет геологическим циклом нашей планеты; это бесконечное преобразование Земли через физические и химические изменения её поверхности.
Активная тектоника плит также была важна для развития жизни на Земле, создавая стабильные условия. Оказывается, что создание и разрушение земной коры через тектонику плит и геологический цикл в свою очередь влияют на углеродный цикл нашей планеты. На протяжении миллионов лет тектоника плит помогает регулировать углеродный цикл, высвобождая углерод в атмосферу при создании коры вдоль срединно-океанических хребтов и унося углерод из старой коры в мантию для переработки.
Считается, что способность тектоники перемещать огромные количества углерода из одной земной системы в другую позволила снизить и стабилизировать количество углекислого газа в атмосфере, создав долгосрочные стабильные условия, которые позволили жизни процветать. Это предотвратило на Земле парниковый эффект, который мы видим на Венере, где высокая концентрация углекислого газа в атмосфере удерживает слишком много тепла от Солнца.
Стагнационная конвекция против тектоники плит
До недавнего времени ученые считали, что экстремальные температуры Венеры являются результатом её атмосферного состава и стагнационной конвекции, что означает, что вся планета имеет одну единую поверхностную плиту. Модель стагнационной крышки использовалась для описания текущих условий как на Венере, так и на Марсе, поскольку ни одна из планет не имеет активно движущихся плит, как Земля. Поскольку никакое движение плит не создает или не поглощает материал земной коры, единственный перенос тепла между мантией и корой происходит через конвекцию.
Различия между Венерой и Марсом заставили исследователей задуматься, как Венера оказалась с таким большим количеством углекислого газа и азота в своей атмосфере. Новая работа исследователей из Брауновского университета предполагает, что на Венере могла быть тектоника плит примерно 4,5-3,5 миллиарда лет назад, вскоре после формирования планет. Количество движения плит на Венере было бы ограничено количеством плит на её поверхности в то время. Тектоника плит на Венере также происходила одновременно с Землей, что означает, что две планеты могли быть более схожи на ранних этапах своего формирования.
«Одним из важных выводов является то, что, очень вероятно, у нас было две планеты одновременно в одной солнечной системе, работающие в режиме тектоники плит — том же режиме тектоники, который позволил возникнуть жизни, которую мы видим сегодня на Земле», — говорит Мэтт Уэллер, ведущий автор статьи.
Для того чтобы узнать больше о формировании Венеры и её текущих условиях, команда Брауновского университета использовала современные данные о венерианской атмосфере как конечную точку и предположила, что у Венеры всегда была стагнационная крышка. Они обнаружили, что стагнационная крышка на протяжении всего существования Венеры не может объяснить её текущий атмосферный состав и давление на поверхности. Текущие условия соответствуют моделированию, если учесть некоторое ограниченное тектоническое движение в ранней истории Венеры, за которым последовала стагнационная крышка на оставшуюся часть истории Венеры. Исследования, опубликованные в 2020 и 2023 годах, предполагают, что Венера по-прежнему очень активна вулканически, указывая на то, что на ней до сих пор происходит некоторая ограниченная геологическая активность.
Влияние на поиски внеземной жизни
Исследователи, работавшие над статьей, предполагают, что мы были слишком двоичны в своих представлениях о тектонике плит; либо она происходит, либо никогда не происходила. Моделирование в ходе их исследования предполагает, что планета может иметь активную тектонику плит в одно время, но не в другое. Это также может означать, что на Венере был период, когда она могла быть пригодной для жизни, возможно, содержащей микробную жизнь в своем древнем прошлом. Соавтор исследования Александр Эванс предполагает, что другие каменистые планеты могут периодически входить и выходить из состояния пригодности для жизни на протяжении длительных периодов времени по мере изменения их тектоники плит и внутренних процессов.
Статья также напоминает, что учет того, имела ли тело тектонику плит в какой-то момент, может играть роль, когда мы изучаем луны Юпитера и Сатурна в будущем. Недавно проведенные исследования на луне Юпитера Европа показали, что на ее поверхности может быть активная тектоника плит. Европа десятилетиями является объектом изучения многих астробиологов, поскольку луна обещает условия, пригодные для жизни, в большом океане под ее ледяной поверхностью.
Исследование также показало, что возможно использовать текущие атмосферные условия планеты для определения того, какой она могла быть в прошлом. Этот тип исследований особенно важен для изучения далеких экзопланет, которые мы в настоящее время можем изучать только по химическому составу их атмосфер. Если атмосфера и состав экзопланеты подразумевают наличие активной тектоники плит или ее наличие в прошлом, это дает дополнительные доказательства текущей или прошлой пригодности этой экзопланеты для жизни.
Наконец, новая статья также может дать нам больше понимания о формировании Земли и уникальной способности поддерживать жизнь. Венера продолжит напоминать о том, что может случиться с землеподобной планетой, если концентрация углекислого газа в атмосфере будет увеличиваться без контроля.
«Это будет следующим важным шагом в понимании Венеры, ее эволюции и, в конечном счете, судьбы Земли. Какие условия заставят нас двигаться по траектории, похожей на Венеру, и какие условия могут позволить Земле оставаться пригодной для жизни?» — Мэтт Уэллер.