Вода на наземных планетах солнечной системы
Присутствие воды на наземных планетах Солнечной системы ( ртуть , Венера , Земля , Марс и близкородственная луна Земли ) варьируется в зависимости от каждого планетарного тела, причем точное происхождение остается неясным. на земной планете на земной планете Кроме того, известно, что на поверхности есть водный лед.
Запасы воды
[ редактировать ]Меркурий
[ редактировать ]Из-за его близости к солнцу и отсутствия видимой воды на ее поверхности планета ртуть рассматривалась как не нестабильная планета . Данные, полученные из миссии Mariner 10, нашли доказательства водорода (H), гелия (HE) и кислорода (O) в экзосфере ртути. [ 1 ] Улетающие вещества также были найдены вблизи полярных регионов. [ 2 ] Messenger , однако, отправил данные из множества встроенных инструментов, которые привели ученых к выводу, что Меркурий был волатильным богатым. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Меркурий богат калием (k), который был предложен в качестве прокси для летучего истощения на планетарном теле. Это приводит к предположению, что Меркурий могла бы нарастить воду на ее поверхности, относительно близости Земли, если бы ее близость не была настолько близок к Солнцу. [ 6 ]
Венера
[ редактировать ]Текущая атмосфера Венеровцы содержит всего ~ 200 мг/кг H 2 O (G) в своей атмосфере, а режим давления и температуры делает воду нестабильными на своей поверхности. Тем не менее, если предположить, что ранняя Венера H 2 O имела соотношение между дейтерием (тяжелым водородом, 2H) и водородом (1H), аналогичным средней средней воде в океане (VSMow) в Вене ( VSMOW ) из 1,6 × 10 −4 , [ 7 ] Соотношение D/H в атмосфере Венеровской атмосферы 1,9 × 10 −2 , почти в × 120 земных, может указывать на то, что Венера имела гораздо больший инвентарь H 2 O. [ 8 ] В то время как большое несоответствие между наземными и венерианскими коэффициентами D/H затрудняет оценку геологически древнего водного бюджета Венеры. [ 9 ] Его масса могла быть не менее 0,3% от гидросферы Земли. [ 8 ] Венеры, Оценки, основанные на уровнях дейтерия показывают, что планета потеряла от 4 метров (13 футов) поверхностных вод до «достоинства океана Земли». [ 10 ]
Земля
[ редактировать ]Гидросфера Земли содержит ~ 1,46 × 10 21 кг (3,22 × 10 21 LB) H 2 O, а осадочные породы содержат ~ 0,21 × 10 21 кг (4,6 × 10 20 LB), для общего запаса коры ~ 1,67 × 10 21 кг (3,68 × 10 21 LB) H 2 O. Инвентаризация мантии плохо ограничена в диапазоне 0,5 × 10 21 –4×10 21 кг (1,1 × 10 21 –8.8×10 21 фунт). Следовательно, объемный инвентарь H 2 O на Земле может быть консервативно оценен как 0,04% массы Земли (~ 2,3 × 10 21 кг (5,1 × 10 21 фунт)).
Земная луна
[ редактировать ]Недавнее наблюдение, сделанное рядом космических кораблей, подтвердило значительное количество лунной воды . Вторичный ионный масс -спектрометр (SIMS) измерен H 2 O, а также другие возможные летучие вещества в лунных вулканического стекла пузырьках . В этих вулканических очках было обнаружено 4-46 ч / млн по весу (WT) H 2 O, а затем смоделировано, что было 260-745 ч / млн WT перед извержениями лунного вулкана. [ 11 ] Симс также обнаружил лунную воду в образцах скалы, а космонавты Аполлона вернулись на Землю. Эти образцы породы были протестированы тремя различными способами, и все пришли к тому же выводу, что луна содержит воду. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
Существует три основных набора данных для численности воды на лунной поверхности: образцы на высокогорье, образцы Kreep и образцы пирокластического стекла. Образцы на высокогорье были оценены для лунного магма-океана в 1320-5000 ч / млн . начале [ 16 ] Образец Urkreep оценивает 130-240 ч / млн мас. Стоимость H 2 O, что аналогично результатам в текущих образцах высокогорья (до моделирования). [ 17 ] Пирокластические стеклянные образцы были использованы для оценки содержания воды в мантийном источнике и массовой силикатной луне. Источник мантии был оценен в 110 ч / млн мас. Стол H 2 а объемная силикатная луна содержала 100-300 ч / млн мас O , . [ 18 ] [ 17 ]
Марс
[ редактировать ]Значительное количество поверхностного водорода наблюдалось во всем мире Mars Odyssey GRS. [ 19 ] Стеихиометрически оцениваемые водные фракции указывают на то, что, если свободно от углекислого газа , ближняя поверхность на полюсах почти полностью состоит из воды, покрытой тонким шпоном из мелкого материала. [ 19 ] Это подкрепляется наблюдениями Марсиса , с оценкой 1,6 × 10 6 км 3 (3.8 × 10 5 Cu mi) воды в южной полярной области с водой, эквивалентным глобальному слою (WEG) 11 метров (36 футов) глубиной. [ 20 ] Дополнительные наблюдения на обоих полюсах предполагают, что общее количество WEG составляет 30 м (98 футов), в то время как наблюдения Mars Odyssey NS помещают нижнюю границу на глубине ~ 14 см (5,5 дюйма). [ 21 ] Геоморфные свидетельства способствуют значительно большему количеству поверхностных вод по сравнению с геологической историей, причем WEG до 500 м (1600 футов). [ 21 ] Текущий атмосферный резервуар воды, хотя и важный в качестве кабелепровода, является незначительным по объему с WEG не более 10 мкм (0,00039 дюймов). [ 21 ] Поскольку типичное поверхностное давление токовой атмосферы (~ 6 гПа (0,087 фунтов на квадратный дюйм) [ 22 ] ) меньше, чем тройная точка H 2 O, жидкая вода нестабильна на поверхности, если не присутствует в достаточно больших объемах. Кроме того, средняя глобальная температура составляет ~ 220 К (-53 ° C; -64 ° F), даже ниже точки эвтектического замораживания большинства рассолов. [ 22 ] Для сравнения, самые высокие суточные температуры поверхности на двух местах MER составляли ~ 290 К (17 ° C; 62 ° F). [ 23 ]
Аккреция воды земной и Марсом
[ редактировать ]Изотопное соотношение D/H является основным ограничением на источник H 2 O на земных планетах. Сравнение соотношений планеты D/H с уровнями углеродистых хондритов и комет, позволяющих предварительно определять источник H 2 O. Наиболее ограничения для аккретированного H 2 O определяются из не-атмосферного H 2 O, поскольку отношение D/H у атмосферного компонента может быть подвергнуто быстрому изменению предпочтительного потери H. [ 22 ] Если это не в изотопном равновесии с поверхностью H 2 O. Отношение VSMow D/H Земли 1,6 × 10 −4 [ 7 ] и моделирование воздействий предполагает, что вклад кометального вклада в кору вода составлял менее 10%. Тем не менее, большая часть воды может быть получена из планетарных эмбрионов размером с ртуть, которые образовались в поясе астероида за 2,5 ат. [ 24 ] Оригинальное соотношение D/H Марса, оцениваемое путем деконволюции компонентов атмосферного и магматического D/H в марсианских метеоритах (например, Que 94201), составляет × (1,9 +/- 0,25) значение VSMow. [ 24 ] Более высокое D/H и моделирование воздействия (значительно отличаются от Земли из -за меньшей массы Марса) предпочитают модель, в которой Марс аккреции набрал в общей сложности от 6% до 27% массы текущей земной гидросфере, соответствующей исходному D/H между × 1,6 и × 1,2 значением SMOW. [ 24 ] Первое усиление согласуется с примерно равными астероидальными и кометратными вкладами, в то время как последний будет указывать в основном астероидные вклады. [ 24 ] Соответствующий WEG будет составлять 0,6–2,7 км (0,37–1,68 миль), что согласуется с эффективностью отрыва от датчика 50%, чтобы получить ~ 500 м (1600 футов) веге поверхностных вод. [ 24 ] Сравнение текущего соотношения D/H атмосферного соотношения × 5,5 отношения SMOW с первичным соотношением SMOW × 1,6 предполагает, что ~ 50 м (160 футов) было потеряно в пространстве с помощью солнечного ветра . [ 24 ]
Кометальная и астероидальная доставка воды для аккреции Земли и Марса имеет значительные предостережения, даже если она предпочитает изотопные соотношения D/H. [ 9 ] Ключевые проблемы включают: [ 9 ]
- Более высокие отношения D/H в марсианских метеоритах могут стать следствием смещенной выборки, поскольку у Марса, возможно, никогда не было эффективного переработки коры процесса
- Земля Примитивная верхняя мантия 187 Ты/ 188 Изотопное соотношение OS превышает 0,129, что значительно больше, чем у углеродистых хондритов, но аналогично безводным обычным хондритам. Это делает маловероятным, что планетарные эмбрионы композиционно сходны с углеродистыми хондритами, поставляемыми водой на землю
- Содержание атмосферы Земли в NE значительно выше, чем можно было бы ожидать, если бы все редкие газы и H 2 O были аккреции из планетарных эмбрионов с углеродистыми хондритными композициями. [ 25 ]
Альтернативой кометральной и астероидной доставке H 2 O будет аккреция посредством физической формирования во время образования земных планет в солнечной туманности . Это будет соответствовать термодинамической оценке около двух земных масс водяного пара в пределах 3AU от солнечного аккреционного диска, которая превышала бы 40 массой воды, необходимой для того, чтобы нарастать эквивалент 50 гидросфереров Земли (наиболее экстремальная оценка объема Земли H 2 O) на территориальную планету. [ 9 ] Несмотря на то, что большая часть тумана H 2 O (G) может быть потеряна из -за высокой температурной среды аккреционного диска, для физической формирования H 2 O при аккреционных зернах можно было сохранить почти три температуры в земле H 2 O при 500 K (227 ° C; 440 ° F) температуры. [ 9 ] Эта модель адсорбции эффективно избегает 187 Ты/ 188 Проблема распределения неравенства ОС в дифференцированном соотношении H 2 O. Тем не менее, в настоящее время наилучшая оценка спектроскопического отношения к небуларному коэффициенту D/H, оцениваемой с Jovian и Saturnian Atmospheric CH 4, составляет всего 2,1 × 10 −5 , коэффициент 8 ниже, чем соотношение VSMow от Земли. [ 9 ] Неясно, как такая разница может существовать, если бы физическая форма действительно была доминирующей формой аккреции H 2 O для Земли в частности и на земных планетах в целом.
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Broadfoot, AL; Шеменский, де; Кумар С. (1976). "Mariner 10: Mercury Atmosphere". Геофизические исследования . 3 (10): 577–580. Bibcode : 1976georl ... 3..577b . doi : 10.1029/gl003i010p00577 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Слэйд, Массачусетс; Батлер, BJ; Muhleman, Do (1992-10-23). «Меркалолокационная визуализация: доказательство полярного льда». Наука . 258 (5082): 635–640. Bibcode : 1992sci ... 258..635s . doi : 10.1126/science.258.5082.635 . ISSN 0036-8075 . PMID 17748898 . S2CID 34009087 .
- ^ Эванс, Ларри Дж.; Пепловски, Патрик Н.; Роудс, Эдгар А.; Лоуренс, Дэвид Дж.; Маккой, Тимоти Дж.; Nittler, Larry R.; Соломон, Шон С.; Sprague, Ann L.; Stockstill-Cahill, Карен Р.; Старр, Ричард Д.; Weider, Shoshana Z. (2012-11-02). «Основные изделия на поверхности ртути: результаты спектрометра гамма-излучения мессенджера». Журнал геофизических исследований: планеты . 117 (E12): N/A. Bibcode : 2012jgre..117.0l07e . doi : 10.1029/2012je004178 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Пепловски, Патрик Н.; Лоуренс, Дэвид Дж.; Эванс, Ларри Дж.; Клима, Рэйчел Л.; Блеветт, Дэвид Т.; Гольдстен, Джон О.; Murchie, Scott L.; Маккой, Тимоти Дж.; Nittler, Larry R.; Соломон, Шон С.; Старр, Ричард Д. (2015). «Ограничения на изобилие углерода в двухповерхностных материалах на ртути: результаты спектрометра гамма-излучения Messenger». Планетарная и космическая наука . 108 : 98–107. Bibcode : 2015p & ss..108 ... 98p . doi : 10.1016/j.pss.2015.01.008 . ISSN 0032-0633 .
- ^ Пепловски, Патрик Н.; Клима, Рэйчел Л.; Лоуренс, Дэвид Дж.; Эрнст, Кэролин М.; Деневи, Бретт В.; Фрэнк, Элизабет А.; Гольдстен, Джон О.; Murchie, Scott L.; Nittler, Larry R.; Соломон, Шон С. (2016-03-07). «Удаленные чувствительные доказательства древней углеродной коры на ртути». Природа Геонаука . 9 (4): 273–276. Bibcode : 2016natge ... 9..273p . doi : 10.1038/ngeo2669 . ISSN 1752-0894 .
- ^ Гринвуд, Джеймс П.; Карато, Шун-Ичиро; Вандер Кааден, Кэтлин Э.; Пахлеван, Каве; Усуи, Томохиро (2018-07-26). «Вода и нестабильные запасы Меркурия, Венера, Луны и Марса». Обзоры космических наук . 214 (5): 92. BIBCODE : 2018SSRV..214 ... 92G . doi : 10.1007/s11214-018-0526-1 . ISSN 0038-6308 . S2CID 125706287 .
- ^ Jump up to: а беременный Национальный институт стандартов и технологий (2005 г.), Отчет по расследованию
- ^ Jump up to: а беременный Куликов, Ю. N.; Lammer, H.; Лихтенэггер, он; Terada, N.; Рибас, я.; Kolb, C.; Langmayr, D.; Lundin, R.; Гинань, EF; Barabash, S.; Biernat, HK (2006). «Атмосферная и потеря воды от ранней Венера». Планетарная и космическая наука . 54 (13–14): 1425–1444. Bibcode : 2006p & ss ... 54.1425K . Citeseerx 10.1.1.538.9059 . doi : 10.1016/j.pss.2006.04.021 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Дрейк, MJ (2005). «Происхождение воды на земных планетах» . Метеоритика и планетарная наука . 40 (4): 519–527. Bibcode : 2005m & ps ... 40..519d . doi : 10.1111/j.1945-5100.2005.tb00960.x .
- ^ Owen, (2007), News.nationalgeography.com/news/2007/11/071128-venus-earth_2.html
- ^ Саал, Альберто Э.; Hauri, Erik H.; Cascio, Mauro L.; Ван Орман, Джеймс А.; Резерфорд, Малкольм С.; Купер, Рейд Ф. (2008). «Летучие содержание лунных вулканических стаканов и наличие воды во внутренней части луны». Природа . 454 (7201): 192–195. Bibcode : 2008natur.454..192S . doi : 10.1038/nature07047 . ISSN 0028-0836 . PMID 18615079 . S2CID 4394004 .
- ^ Бойс, Джереми В.; Лю, Ян; Россман, Джордж Р.; Гуан, Юнбин; Эйлер, Джон М.; Столпер, Эдвард М.; Тейлор, Лоуренс А. (2010). «Лунный апатит с наземным летучим числом» (PDF) . Природа . 466 (7305): 466–469. Bibcode : 2010natur.466..466b . doi : 10.1038/nature09274 . ISSN 0028-0836 . PMID 20651686 . S2CID 4405054 .
- ^ Гринвуд, Джеймс П.; Ито, Шоичи; Сакамото, Наоя; Уоррен, Пол; Тейлор, Лоуренс; Yurimoto, Hisayoshi (2011-01-09). «Коэффициенты изотопов водорода в лунных породах указывают на доставку кометральной воды на луну». Природа Геонаука . 4 (2): 79–82. Bibcode : 2011natge ... 4 ... 79G . doi : 10.1038/ngeo1050 . HDL : 2115/46873 . ISSN 1752-0894 .
- ^ МакКуббин, Фрэнсис М.; Вандер Кааден, Кэтлин Э.; Tartèse, Romain; Клима, Рэйчел Л.; Лю, Ян; Мортимер, Джеймс; Барнс, Джессика Дж.; Ширер, Чарльз К.; Трейман, Аллан Х.; Лоуренс, Дэвид Дж.; Элардо, Стивен М. (2015a). «Магматические летучие вещества (H, C, N, F, S, CL) в лунной мантии, коре и реголите: обилие, распределения, процессы и водохранилища» . Американский минералогист . 100 (8–9): 1668–1707. Bibcode : 2015mmin.100.1668m . doi : 10.2138/am-2015-4934ccbyncnd . ISSN 0003-004X .
- ^ МакКуббин, Фрэнсис М.; Вандер Кааден, Кэтлин Э.; Tartèse, Romain; Бойс, Джереми В.; Михаил, Сами; Уитсон, Эрик С.; Белл, Аарон С.; Ананд, Махеш; Франчи, Ян А.; Ван, Цзяньхуа; Hauri, Erik H. (2015b). «Экспериментальное исследование разделения F, Cl и OH между базальтовым расплавом Apatite и Fe-богатым при 1,0–1,2 ГПа и 950–1000 ° C». Американский минералогист . 100 (8–9): 1790–1802. Bibcode : 2015mmin.100.1790m . doi : 10.2138/AM-2015-5233 . ISSN 0003-004X . S2CID 100688307 .
- ^ Хуэй, Хедзиу; Гуан, Юнбин; Чен, Ян; Peslier, Anne H.; Чжан, Youxue; Лю, Ян; Флемминг, Роберта Л.; Россман, Джордж Р.; Эйлер, Джон М.; Нил, Клайв Р.; Осински, Гордон Р. (2017-09-01). «Гетерогенный лунный интерьер для изотопов водорода, как выявили образцы лунных нагорье» . Земля и планетарные научные письма . 473 : 14–23. Bibcode : 2017e & psl.473 ... 14h . doi : 10.1016/j.epsl.2017.05.029 . ISSN 0012-821X .
- ^ Jump up to: а беременный Hauri, Erik H.; Саал, Альберто Э.; Резерфорд, Малкольм Дж.; Ван Орман, Джеймс А. (2015). «Вода во внутренней части луны: правда и последствия» . Земля и планетарные научные письма . 409 : 252–264. BIBCODE : 2015E & PSL.409..252H . doi : 10.1016/j.epsl.2014.10.053 . ISSN 0012-821X .
- ^ Чен, Ян; Чжан, Youxue; Лю, Ян; Гуан, Юнбин; Эйлер, Джон; Столпер, Эдвард М. (2015). «Концентрации воды, фтора и серы в лунной мантии» (PDF) . Земля и планетарные научные письма . 427 : 37–46. BIBCODE : 2015E & PSL.427 ... 37C . doi : 10.1016/j.epsl.2015.06.046 . ISSN 0012-821X .
- ^ Jump up to: а беременный Бойнтон, WV; и др. (2007). «Концентрация H, Si, Cl, K, Fe и TH в низко-средне-легочных областях Марса» . Журнал геофизических исследований . 112 (E12): E12S99. Bibcode : 2007jgre..11212S99B . doi : 10.1029/2007je002887 .
- ^ Plaut, JJ; и др. (2007). «Подземное радиолокационное звучание южных полярных слоистых отложений Марса» . Наука . 316 (5821): 92–95. Bibcode : 2007sci ... 316 ... 92p . doi : 10.1126/science.1139672 . PMID 17363628 . S2CID 23336149 .
- ^ Jump up to: а беременный в Feldman, WC (2004). «Глобальное распределение ближнего водорода на Марсе» . Журнал геофизических исследований . 109 (E9): E09006. Bibcode : 2004jgre..109.9006f . doi : 10.1029/2003je002160 .
- ^ Jump up to: а беременный в Якоски, Б.М.; Филлипс, RJ (2001). «Волатильная и климатическая история Марса». Природа . 412 (6843): 237–244. Bibcode : 2001natur.412..237j . doi : 10.1038/35084184 . PMID 11449285 .
- ^ Sapovich, N.; Смит, доктор медицинских наук; Смит, Ph; Вольф, MJ; Кристенсен, PR; Squyres, SW (2006). «Поверхностные и ближние атмосферные температуры для мест посадки на Марс разведка ровер». ИКАРС . 180 (2): 314–320. Bibcode : 2006icar..180..314S . doi : 10.1016/j.icarus.2005.09.014 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Лунин, Джонатан I.; Chambers, J.; Morbidelli, A.; Лешин, Л.А. (2003). «Происхождение воды на Марсе». ИКАРС . 165 (1): 1–8. Bibcode : 2003icar..165 .... 1L . doi : 10.1016/s0019-1035 (03) 00172-6 .
- ^ Morbidelli, A.; Chambers, J.; Лунин, Джонатан I.; Petit, JM; Роберт, Ф.; Valsecchi, GB; Cyr, KE (2000). «Источники и временные рамки доставки воды на землю» . Метеоритика и планетарная наука . 35 (6): 1309–1320. Bibcode : 2000m & PS ... 35.1309M . doi : 10.1111/j.1945-5100.2000.tb01518.x .