С тех пор, как в 1761 году Михаил Васильевич Ломоносов открыл, что Венера обладает плотной атмосферой, мы медленно избавлялись от иллюзий о «сестринской схожести» Венеры и Земли. Венера – это образец планетарной экологической катастрофы, значительно более многогранной, чем на Марсе. Если Марс является безжизненным из-за утраты магнитного поля, а впоследствии и большей части атмосферы, унесенной солнечным ветром, то Венера позволяет оценить результат запущенного парникового эффекта. Ломоносов, наблюдавший транзит Венеры по солнечному диску, указал, что «Планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Тем не менее, вряд ли он представлял, насколько «знатной» она окажется: атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза выше, чем на поверхности Земли и примерно соответствует давлению морской воды на глубине 1000 метров. Таким образом, венерианская атмосфера подобна бушующему океану, температура которого составляет примерно 460℃. Не только сплошная облачность, но и такая густота атмосферы приводят к тому, что на Венере не бывает «светло» в нашем понимании, несмотря на близость к Солнцу – там в лучшем случае наблюдаются пасмурные сумерки.
Карта "Магеллана"
Венера была впервые подробно картирована в рамках миссии «Магеллан». Аппарат «Магеллан» был запущен в 1989 году, в 1990 году прибыл на орбиту Венеры – и после этого совершал витки в верхних слоях венерианской атмосферы, составив в радиодиапазоне карту поверхности, проделав метеорологические и химические наблюдения. Аппарат надолго заходил в сернокислые облака, поэтому подвергался коррозии и в 1994 году был потерян. При этом впервые космический аппарат успешно проник в верхние слои венерианской атмосферы еще в 1962 году: это был американский «Маринер-2». Первым аппаратом, достигшим поверхности Венеры, стала в ноябре 1965 года советская «Венера-3» (правда, она просто врезалась в поверхность и никаких данных не передала). Первую мягкую посадку на Венере (ее ночной стороне) совершила «Венера-7», успевшая измерить температуру и давление на поверхности: около 90 атмосфер и 475 ℃.
Отмечу, что экспедиция «Магеллана» пришлась на последние годы жизни Карла Сагана (1934-1996). Саган наиболее известен как популяризатор науки и научный консультант миссии «Аполлон», но строго научные достижения этого выдающегося человека связаны в первую очередь с характеристикой атмосфер Марса, Венеры и Титана. Саган умело экстраполировал на другие планеты те атмосферные явления, что происходят на Земле, поэтому одним из первых описал возможные характеристики ядерной зимы, возможные последствия парникового эффекта, а также пояснил, что именно парниковым эффектом (и содержанием углекислого газа до 96%) объясняются адские условия на Венере. Тема Венеры наиболее интересно затронута в его книгах «Космос» и «Голубая точка» (последняя вышла на русском языке в 2016 году в моем переводе и редакции Владимира Сурдина).
Один из важнейших парадоксов, связанных с ландшафтом и геологией Венеры, заключается в том, что на планете доминируют вулканические формы рельефа (лавовые поля, рифты), но активного вулканизма в настоящее время не наблюдается – по крайней мере, вулканизма земного типа. При этом имеющиеся данные о составе и динамике венерианской атмосферы позволяют заключить, что в атмосфере планеты наблюдаются всплески диоксида серы и фосфина, а также молнии – и все эти явления могут быть связаны с вулканической активностью.
У Венеры сразу несколько определяющих характеристик, указывающих на ее безусловную предрасположенность к вулканизму, но совсем не такому, как на Земле.
Поскольку по размеру Венера почти не отличается от Земли, она обладает литосферным и термическим потенциалом для поддержания длительной вулканической активности. Венера в этом отношении отличается от более мелких каменных тел, в частности, от Луны и от Марса, которые быстро остыли, их литосферы быстро затвердели, поэтому за последнюю треть времени в истории Солнечной системы вулканическая активность там практически отсутствовала. Тем не менее, и в ранней геологической истории Венеры и Земли быстро наметились серьезные отличия – в особенности это касается тектоники литосферных плит, которая на Земле началась и активно продолжается, а на всех прочих телах Солнечной системы не зафиксирована или по определению отсутствует.
Излившиеся вулканические породы покрывают до 80% венерианской поверхности. На Венере существуют разнообразные формы рельефа, в том числе, весьма экзотические по земным меркам. Там встречаются как сравнительно компактные вулканические постройки диаметром всего по несколько километров, так и морфологически однородные вулканические равнины, простирающиеся на тысячи километров. На Венере имеются и такие формы рельефа, которые кажутся похожими на земные. В первую очередь это немногочисленные крутосклонные потухшие вулканы (щитовые вулканы), в том числе, Маат, достигающая высоты до 9 км.
Во вторую очередь – это рифтовые долины.
Ниже я кратко охарактеризую основные сугубо венерианские формы рельефа, но предварительно отмечу, что щитовые вулканы на Земле встречаются не так часто, как стратовулканы. Самым известным архипелагом на Земле, ландшафт которого определяют щитовые вулканы, являются Гавайские острова:
Виды вулканического рельефа на Венере
Из всех планет Солнечной системы именно на Венере наблюдается наибольшее разнообразие вулканических форм рельефа. Большая часть планеты покрыта залежами вулканического происхождения, чей возраст составляет менее 300 миллионов лет – и не приходится сомневаться, что вулканическая активность сыграла определяющую роль в истории планеты. Тем не менее, судя по современным наблюдениям, активных вулканов на Венере или нет, или они могут быть очень немногочисленными (порядка нескольких десятков). Кроме типичных вулканов на Венере находятся:
Арахноиды – гористые структуры, напоминающие по форму паутину. Арахноид кольцевой, а во все стороны от него на несколько радиусов радиально расходятся трещины и горные гряды.
Каналы – подобны «каналам» на Марсе. Это длинные извилистые ущелья
Каньоны — глубокие линейные долины с крутыми склонами
Холмы – точнее, группы невысоких холмов или вулканических конусов
Венцы – круглые или эллиптические структуры, обрамленные кольцами концентрических гряд или разломов; в центре венца обычно находится несколько вулканических кратеров и других тектонических форм вулканического происхождения.
Купола – плосковершинные вулканические купола с крутыми склонами.
Потоки – области, подобные куполам, но протяженные на большие расстояния в форме лавового языка. Как и купол, поток обладает крутыми склонами, имеет края в форме гряд или гребней.
Магматические центры – компактные области, для которых характерны деформации, образованные излившейся и давно застывшей лавой.
Патеры – неглубокие кратеры неправильной формы.
Щитовые кластеры – локализованные скопления небольших щитовых или конусообразных вулканов, где ширина каждого вулкана – не более 20 км
Тессеры – возвышенности сложной формы, на которых формируется мозаичный узор из многочисленных трещин. Тессеры считаются древнейшими формами рельефа, сохранившимися на Венере.
Различные участки венерианской поверхности характеризуются разной излучательной способностью – соответственно, по этой характеристике можно судить об их геохимическом составе, реакциях поверхностных пород с атмосферой и скорости выветривания. Лавовые потоки, открытые на венерианских равнинах, состоят из базальта (на Земле лавовые потоки также, как правило, базальтовые). При том давлении и температуре, которые существуют на поверхности Венеры, на Земле активно образуются метаморфические горные породы; то есть, условия на Венере близки к условиям в кратере земного вулкана, с той оговоркой, что на Венере чрезвычайно сухо (вода в следовых количествах сохранилась в верхних слоях атмосферы, но, если бы ее можно было ровным слоем распределить по поверхности планеты, мощность этого слоя составила бы не более 3 см). На Земле вода является важнейшим фактором выветривания, так как проникает в трещины и стимулирует окисление пород. На Венере же, несмотря на коррозионный потенциал атмосферы, она разъедает минералы на считанные сантиметры в глубину, не считая проникновения в мелкие трещины. Иными словами, процесс выветривания вулканических пород на Венере очень медленный и равномерный, поэтому их возраст можно уверенно определить по одному лишь спектральному анализу. Согласно работе 2010 года, большинство лавовых структур на Венере образовались сравнительно недавно, причем, за относительно небольшой временной диапазон: их возраст составляет от 2,5 миллиона до 300-250 тысяч лет.
При этом на Венере почти нет ударных кратеров, они практически нигде не выделяются на фоне вулканических и тектонических форм рельефа. При всем разнообразии перечисленных форм, на Венере нет аналога «островных дуг», то есть, отсутствует тектоника плит, которая провоцировала бы образование цепочек стратовулканов – как на Курильских островах, в Японии, в Новой Зеландии. Но потухшие щитовые вулканы Венеры во многом напоминают рельеф Гавайских островов и Исландии – то есть, сближаются по форме с «вершинами» земных срединно-океанических хребтов.
Горячие точки
Поскольку земная суша исследована значительно лучше, чем дно океана, зачастую упускается из вида, что более 60% (подводной) поверхности Земли покрыто именно океанической корой. На дне океанов на Земле насчитывается порядка 100 000 вулканов, действующих по принципу «горячих» точек. Такие вулканы скорее не извергаются, а «текут» под водой, и вокруг них откладываются слои постепенно остывающей лавы. Вулканы такого типа образуются в ходе внутриплитных тектонических процессов и характерны именно для дна океана. На Венере известно около 70 000 вулканических построек, которые могли бы считаться потухшими «горячими точками». До недавнего времени подобная картина оставалась лишь правдоподобной гипотезой, которая подтверждалась косвенными химическими данными. В частности, с 1978 по 1986 год в атмосфере Венеры работал американский аппарат «Пионер-Венера», обнаруживший, что в районе горы Маат в атмосфере значительно снизилась концентрация диоксида серы и метана. Одним из объяснений такого явления могло бы быть недавнее извержение Маат или выход мантийного плюма или пирокластического потока на поверхность планеты. В таком случае, аппарат фиксировал постепенное исчерпание газов SO2 и CH4, вынесенных из недр планеты и вступающих в реакцию с приповерхностными породами.
Значительно более убедительные доказательства теплящейся вулканической активности на Венере были получены инфракрасной камерой VIRTIS с аппарата «Венера-Экспресс», действовавшего в атмосфере планеты в 2010 году. В каньоне Ганис в рифтовой зоне Атла было обнаружено четыре «горячих пятна», температура которых менялась каждый день и достигала 830℃ при средней температуре атмосферы в этом регионе около 480℃. Площадь «пятен» была невелика – около 1 км2 у каждого – и в инфракрасном диапазоне они заметно «вспыхивали».
В 2014 году исследовательская группа под руководством Евгения Шалыгина интерпретировала эти пятна как типичные горячие точки, подобные тем, что возникают в рифтовых зонах на дне земных океанов.
Другие химические исследования венерианской атмосферы выявляют еще одну аномалию, указывающую на малую тектоническую активность Венеры: изотопный состав аргона. На Венере, как и на Земле, на аргон приходится около 1% состава атмосферы. Известно, что аргон на Земле представлен тремя изотопами: аргон-36, аргон-38 и аргон-40. Аргон-36 и аргон-38 присутствовали в атмосферах Венеры и Земли с момента формирования планет, а аргон-40, напротив, имеет радиоактивное происхождение и образуется из калия-40 в толще земной коры. Такой калий-аргоновый цикл хорошо изучен и на Земле применяется для датировки горных пород. Но в атмосфере Венеры аргона-40 почти нет – и это означает, что весь он должен быть заключен в глубинах планеты, возможно, в мантии. А в атмосферу Венеры он не попадает, так как глубокие слои мантии на поверхность Венеры почти не прорываются.
Заключение
Изложенные здесь факты и противоречия позволяют сделать вывод, что атмосфера Венеры более напоминает не атмосферу, а углекислотно-сернокислый океан. Она настолько густая, что лишь верхние ее слои можно с уверенностью называть «атмосферой», а приповерхностные газообразные слои сближаются по свойствам с жидкостью; в таком случае венерианские «ветры» скорее являются «течениями». Соответственно, «континентальная кора» Венеры значительно больше похожа на океаническую, а не на континентальную кору Земли. Именно поэтому господствующими формами рельефа на Венере являются аналоги лавовых полей и рифтовых зон, сосредоточенных на Земле на дне океанов. Высокая и, вероятно, растущая температура приповерхностных слоев атмосферы на Венере мешает мантийной конвекции (переносу тепла из нижних областей в верхние) – и, соответственно, препятствует вулканизму земного типа. Внутреннее тепло Венеры, которое могло бы частично сбрасываться в атмосферу при извержениях вулканов, оказывается заперто в недрах планеты как в скороварке, поэтому температура атмосферы и верхних слоев литосферы на Венере постепенно сближаются. Вероятно, Венера может обладать заметной (повсеместной, но слабой) сейсмической активностью, но на вулканическую активность ее энергии уже не хватает.
Все эти выкладки, возможно, будут уточнены или опровергнуты, если на Венере удастся выполнить какое-либо терраформирование или хотя бы развернуть коррозиеустойчивую и жароустойчивую исследовательскую станцию в районе давно потухших вулканов Маат или Идунн. Тем не менее, вырисовывающаяся на данный момент адская венерианская картина подсказывает, что последствия парникового эффекта отражаются не только на атмосфере, но и даже на литосфере и тектонических процессах – а значит, такой эффект может быть значительно опаснее, чем мы сейчас представляем.
