Koliko nam sudbine Venere i Marsa mogu reći o prošlim i budućim scenarijima na Zemlji?



Jedna ima gustu otrovnu amtosferu, druga jedva da uopšte ima atmosferu, jedna je odličan kandidat za razvoj života – ali nije uvijek bilo tako. Atmosfere naših susjeda Venere i Marsa mogu nam puno toga reći o prošlim i budućim scenarijima koji su vezani za našu planetu.


Prije nekih 4,6 milijardi godina, dok je naš sistem bio planetarno gradilište, možemo uočiti da sve planete imaju nešto zajedničko: sve su nastale iz istog kovitlajućeg gasa i prašine, s tek novorođenim suncem zapaljenim u centru. Polako ali sigurno, uz pomoć gravitacije, prašina se gomilala i sakupljala u gromade, i naposljetku oblikovala entitete veličine planete.


Stjenoviti materijal mogao bi izdržati toplinu blizu sunca, dok bi gasoviti, ledeni, materijal mogao opstati samo daleko od izvora toplote, što je dovelo do stvaranja golemih gasnih i ledenih divova. Od ostataka su nastali asteroidi i komete.


Atmosfere stjenovitih planeta formirane su kao dijelom energetskog procesa izgradnje, uglavnom odvajanjem plinova dok su se hladile, s malim doprinosima vulkanskih erupcija i manje isporuke vode, plinova i drugih sastojaka sa kometa i asteroida. Vremenom su atmosfere prošle žestoku evoluciju zahvaljujući složenoj kombinaciji faktora koji su na kraju doveli do trenutnog statusa, sa Zemljom kao jedinom poznatom planetom koja podržava život, te kao jedinom sa tekućom vodom na svojoj površini.


Iz svemirskih misija kao što je ESA Venus Express, koja je između 2006. i 2014. posmatrala Veneru, te Mars Express, koji istražuje crvenu planetu od 2003. godine, znamo da je tekuća voda nekada tekla na ovim susjednim planetama. Dok je voda na Veneri odavno isparila, na Marsu je ili pod zemljom ili zatvorena u ledenim kapama. Direktno vezana s pričom o vodi – i u konačnici s pitanjem da li je život mogao biti moguć van Zemlje – je i stanje atmosfere planete. A dalje povezano s tim i uzajamno djelovanje i razmjena materijala između atmosfere, okeana i unutrašnjosti planete.



Planetarna reciklaža


Nazad na naše tek nastale planete, kugle s rastopljenom stijenom kao površinskim plaštom počele su se hladiti. Zemlja, Venera i Mars su u tim ranim danima doživjele značajno ispuštanje gasova koje je kasnije formiralo prvu mladu, vruću i gustu atmosferu. Kako su te mlade atmosfere počele da se hlade, počele su i da padaju okeanske kiše.


Međutim, u nekoj fazi razvoja geološke aktivosti triju planeta su počele da se razilaze. Zemljin čvrsti poklopac je popucao kreiravši ploče, od kojih su se neke zabile duboko ispod drugih, dok su se neke sudarale kreiravši ogromne planinske lance ili su se povlačile stvarajući tako pukotine ili pak novu koru. Zemljine tektonske ploče se i dan danas kreću, što dovodi do vulkanskih erupcija ili zemljotresa na njihovim granicama.


Venera, koja je tek nešto malo manja od Zemlje, i danas može imati vulkansku aktivnosti, a njena površina je pokrivena okeanom lave slično kao što je bila i prije milijardu godina. Danas nema nikakvog vidljivog tektonskog sistema ploča, a vulkani sue vjerovatno pokreću zbog termalnih oblaka koji se uzdižu kroz njen plašt.


Mars, koji je mnogo manji, hladio se brže i od Zemlje i od Venere, a nakon što su njegovi vulkani zauvijek utihnuli, izgubio je ključno sredstvo za obnavljanje atmosfere. No, još uvijek se može pohvaliti najvećim vulkanom u cijelom Sunčevom sustavu koji je visok 25 kilometara, nazvan Olympus Mons, koji je najvjerovatnije rezultat vertikalnog gomilanja površinske kore podizane gasovima iz njegove dubine. Iako postoje dokazi tektonske aktivnosti u posljednjih 10 miliona godina, pa čak i zemljotresa, sumnja se da Mars posjeduje tektonski sistem sličan Zemlji.


Nije samo tektonski sistem koji Zemlju čini posebnom, već i njihova jedinstvena kombinacija s okeanima. Naši okeani, koji pokrivaju dvije trećine površine, apsorbiraju i skladište toplinu naše planete, prenoseći je pomoću struja širom svijeta. Kako se ploča uvlači u plašt, ona zagrijava i ispušta vodu i plinove zarobljene u stijenama, koje se zatim propuštaju kroz hidrotermalne otvore na dnu okeana.


U takvim sredinama na dnu okeana pronađeni su i ekstremno izdržljivi oblici života koji nam pružaju dokaze o tome kako je rani život mogao početi, dajući naučnicima istovremeno i naputke o tome gdje drugo da traže u Sunčevom sistemu: na Evropi, Jupiterovom mjesecu, ili Enceladusu, Saturnovom ledenom mjesecu, koji skrivaju okeane tekuće vode ispod ledenih kora, što znači da bi na njima mogla biti prisutna hidrotermalna aktivnost.


Štaviše, tektonika ploča pomaže i u modulaciji naše atmosfere, regulišući količinu ugljendioksida na planeti u dužim vremenskim razmacima. Kada se atmosferski ugljendioksid spaja s vodom, stvara se ugljenična kiselina, koja zatim otapa stijene. Kiša donosi karbonsku kiselinu i kalcijum u okeane – ugljendioksid se također otapa izravno u okeanima – gdje se vraća na dno okeana. Skoro pola vremena koliko Zemlja postoji kao planeta atmosfera je sadržavala vrlo malo kisika. Okeanske bakterije su prve koristile sunčevu energiju za pretvaranje ugljendioksida u kisik, što predstavlja prekretnicu u stvaranju atmosfere koja će uskoro omogućiti procvat života. Bez planetarnog recikliranja i regulacije koji se odvijaju između plašta, okeana i atmosfere, Zemlja bi možda završila kao Venera.



Ekstremni efekt staklenika


Venera se nekad naziva i zlim Zemljinim blizancem zbog toga što je skoro iste veličine, ali je opterećena gustom štetnom atmosferom i vrelom površinom od 470 stepeni Celzijusovih. Njen visoki pritisak i temperatura su dovoljni da rastope olove i uništi svaki svemirski brod koji se usudi sletiti na površinu. Zahvaljujući gustoj atmosferi još je toplija od Merkura, koji kruži puno bliže Suncu od nje. Njeno dramatično odstupanje od okoline nalik onoj na Zemlji se često koristi kao primjer onoga što se događa u efektu staklene bašte.


Glavni izvor toplote u ovom planetarnom sistemu je Sunčeva energija, koja zagrijava površinu planete, a zatim planet vraća energiju nazad u svemir. Atmosfera zarobljava dio energije, zadržavajući toplinu – takozvani efekat staklenika. To je prirodni fenomen koji pomaže pri reguliranju temperature na planeti. Da nije bilo gasova kao što su vodena para, ugljendioksid, metan i ozon, površinska temperatura bi na Zemlji bila oko 30 stepeni hladnija od sadašnjih prosječnih 50 stepeni Celzijusa.


Tokom proteklih vijekova, ljudi su promijenili ovaj prirodni balans na Zemlji, jačajući efekat staklene bašte od zore industrijske aktivnosti doprinoseći s dodatnim ugljendioksidom zajedno s azotnim gasovima, prašinom i česticama dima u zraku. Dugoročni efekti na našoj planeti uključuju globalno zagrijavanje, kisele kiše i iscrpljivanje ozonskog omotača. Posljedice klimatskih promjena su dalekosežne, potencijalno utječu na slatkovodne resurse, globalnu proizvodnju hrane i nivo mora, te izazivaju porast ekstremnih vremenskih prilika.


Na Veneri nema ljudske aktivnosti, ali njena atmosfera je prirodni laboratorij čije na pručavanje služi za bolje razumijevanje efekta staklene bašte. U nekom trenutku svoje istorije, Venera je počela da zahvata više toplote. Nekada se smatralo da je ona imala okeane poput Zemlje, ali je dodatna toplota vodu pretvorila u paru, a to je kao posljedicu imalo da je više pare u atmosferi zadržavalo više toplote sve dok okeani nisu potpuno isparili. Venus Express je čak dokazao kako vodena para i danas još uvijek bježi iz Venerine atmosfere u svemir.


Venus Express je također otkrio i misteriozni sloj sumpor-dioksida u atmosferi planete. Sumpor-dioksid dolazi od vulkanske aktivnosti, a Venus Express je tokom svoje misije zabilježio velike promjene u sadržaju sumpor dioksida u atmosferi. To dovodi do oblaka sumporne kiseline i kapi na visini od 50 do 70 kilometara – preostali sumpor-dioksid bi trebao biti uništen zbog sunčevog intezivnog solarnog zračenja. Zato je kao iznenađenje došlo otkriće sloja gasa na visini od oko 100 kilometara. Utvrđeno je kako isaravajuće kapi sumporne kiseline oslobađaju gasovitu sumpornu kiselinu koja se zatim razdvaja sunčevom svjetlošću oslobođavajući potom sumpurni-dioksid.


Ovi dokazi su primjeri onoga što bi se moglo desiti ako se u Zemljinu atmosferu ispuste velike količine sumpor-dioksida – što je u jednom trenutku bilo predloženo za ublažavanje posljedica promjene klime na Zemlji. Koncept je prikazan na primjeru vulkanske erupcije iz 1991. godina na planini Pinatubo na Filipinima, kada je sumporni dioksid izbačen erupcijom stvorio male kapi koncentrirane sumporne kiseline – poput onih iz Venerinih oblaka – na visini od oko 20 km. Ovo je potom stvorilo sloj zamućenja te je planetu ohladilo za oko 9 stepeni unutar nekoliko godina. Budući da ova izmaglica održava toplinu, predloženo je da bi jedan od načina za smanjenje globalnih temperatura bilo ubacivanje velikih količina sumpora u našu atmosferu. Međutim, prirodni efekti planine Pinatubo pružili su samo privremeni efekat hlađenja. Proučavanje velikog sloja oblaka sumporne kiselina na Veneri nudi prirodni način proučavanja dugoročnih posljedica efekta, početna zaštitna izmaglica na većoj nadmorskoj visini bi se eventualno pretvorila u plinovitu sumpornu kiselinu, koja je prozirna i omogućava prolaz svih sunčevih zraka. Da ne spominjemo sporedne efekte kao što su kisele kiše koje na Zemlji mogu prouzrokovati strašnu štetu za tlo, biljni svijet i vodu.



Globalno zamrzavanje


Naš drugi komšija, Mars, leži s druge strane krajnosti: iako njegovu atmosferu pretežno čini ugljendioksid, danas jedva da je ima uopšte, njegova ukupna atmosferska zapremina je manja od 1% Zemljine.


Pošto je atmosfera Marsa toliko tanka da se ugljendioksid kondenzira u oblake, on ne može zadržati dovoljo energije od Sunca kako bi održao površinske vode. No, s niskim pritiskom i relativno blagim temperaturama od -55 stepeni do -133 stepena Celzijusova tokom zime, do 80 stepeni iznad nule tokom ljeta, svemirski se brod neće istopiti na njegovoj površini, te će nam dopustiti i veći pristup kako bi otkrili njegove tajne. Osim toga, zahvaljujući tome što se njegove tektonske ploče ne mijenjaju, četiri milijarde godina stara stijena je dostupna našim lenderima i roverima za istraživanje površine. U međuvremenu, naši orbiteri, uključujući i Mars Express, koji već više od 15 godina nadgleda planetu, neprestano pronalaze tragove nekadašnjih okeana i jezera, dajući nadu da je Mars nekada uistinu mogao podržavati život.


I crvena planeta je, također, startala s debljom atmosferom zahvaljujući isporuci isparljivih materija s asteroida i kometa, i vulkanskim gasovima s planete dok se njena stjenovita unutrašnjost hladila. Planeta se jednostavno nije mogla držati svoje atmosfere najvjerovatnije zbog manje mase i manje gravitacije. Pored toga, početna viša temperatura dala bi više energije molekulama gasa u atmosferi, što bi im omogučilo da lakše pobjegnu. I, nakon što je nekad rano u svojoj istoriji izgubio svoje magnetno polje, preostala atmosfera je bila izložena sunčevom vjetru – kontinuiranom protoku nabijenih čestica Sunca – koji je, kao i na Veneri, nastavio da i dan danas uklanja atmosferu.


Sa smanjenom atmosferom, površinska se voda preselila u podzemlje, ispuštana samo nakon što bi neko užareno tijelo zagrijalo površinu i izbacilo je poput gejzira na površinu pretvarajući je istovremeno u led i kristal. Voda je, također, zatočena na polarnim kapama. Mars Express je nedavno otkrio bazen tekuće vode zakopan oko 2 kilometra ispod površine. Pitanje je da li su i dokazi o životu na Marsu pod zemljom? Ovo pitanje se nalazi u srcu evropskog ExoMars rovera, koji bi trebalo da bude lansiran 2020. godine i sleti 2021. kako bi na Marsu napravio bušotinu duboku 2 metra, te pokušao naći i analizirati uzorke u potrazi za nekim biološkim znakovima.


Smatra se da Mars trenutno izlazi iz ledenog doba. Kao i Zemlja, Mars je osjetljiv na promjene faktora kao što je nagib rotacione ose dok kruži oko Sunca. Smatra se da je stabilnost vode na površini varirala nekoliko hiljada i miliona godina, dok je aksijalni nagib planete i njena udaljenost od Sunca podvrgnuta cikličnim promjenama. ExoMars Trace Gas, koji trenutno istražuje Mars iz orbite, nedavno je otkrio hidratizirani materijal u ekvatorijalnim područjima koji bi mogli predstavljati nekadašnje lokacije polova u prošlosti.


Primarna misija Trace Gas orbitera je da kreira precizan popis atmosfere planete, posebno gasova u tragovima koji čine manje od 1% ukupne atmosfere planete. Od posebnog je značaja metan, koji se na Zemlji proizvodi uglavnom biološkom aktivnošću, ali i prirodnim i geološkim procesima. Nagovještaji metana su ranije prijavljeni od strane Mars Expressa, a kasnije i Nasinog rovera Curiosityja s površine planete, ali veoma osjetljivi instrumenti koje Trace Gasov orbiter posjeduje do sada su izvještavali o opštem odsustvu gasa, dodatno produbljujući misteriju. Da bi se različiti rezultati podudarali, naučnici ne samo da istražuju kako bi metan mogao biti stvoren, već i kako bi mogao biti uništen u blizini površine. Međutim, nisu svi oblici života generisali metan, a rover sa svojom bušilicom će, nadamo se, moći da nam kaže nešto više. Nastavak istraživanja crvene planete će nam pomoći da shvatimo kako se i zašto se potencijal za život na Marsu tako promijenio tokom vremena.


Dalje istraživanje


Uprkos tome što su startali s istim sastojcima, Zemljini susjedi su pretrpjeli i razorne klimatske katastrofe i nisu mogli dugo zadržati svoju vodu. Venera je postala suviše vruća, a Mars suviše hladan; jedino je Zemlja postala planetom s pravednim uslovima. Jesmo li se s prethodnim ledenim dobom približili da postanemo nešto poput Marsa? Koliko smo blizu efektu staklene bašte koji muči Veneru? Razumijevanje evolucije ovih planeta i uloga njihovih atmosfera je izuzetno važno za razumijevanje klimatskih promjena na našoj planeti, jer na kraju isti zakoni fizike vladaju i tamo i ovdje. Podaci dobijeni iz naših letjelica daju nam prirodne podsjetnike da stabilnost klime nije nešto što se može uzeti zdravo za gotovo.


U svakom slučaju, u periodu od nekoliko milijardi godina u budućnosti efekat staklene bašte kao u Venere na Zemlji je neizbježan ishod u rukama našeg starog Sunca. Naša zvijezda, koja je nekada dala život, na kraju će nateći i pojačati svoje isijavanje, bacajući doboljno topline na Zemljin delikatni sistem prokuhavajući okeane, šaljući ga na isti put kao i njegovog zlog blizanca.


Zaključak: atmosfere Marsa i Venere nas mogu naučiti mnogo o prošlim kao i o budućim scenarijima za Zemlju


Autor: earthsky.org

Prijevod: E-volucija.com

   |  

   |  

  • Facebook - White Circle
  • YouTube
  • Instagram - White Circle
  • Twitter - White Circle

evolucijaportal@gmail.com   |   71000 Sarajevo, Bosna i Hercegovina

© 2019 BY e-volution.com