Астрономія
Астрономія

У знайденому на Венері фосфіні звинуватили вулканізм

За підрахунками американських астрономів, поясненням знайденому на Венері фосфіну може бути її вулканічна активність. Так виверження вулканів могло спричинити викид фосфору з мантії планети, який у взаємодії із сірчаною кислотою у її хмарах може утворити зафіксований минулого року біомаркер. Для своєї роботи вчені дослідили перетворення фосфідів у фосфін через сірчану кислоту та дійшли висновку, що Венері буде досить одного Кракатау. Результати доступні у журналі PNAS.

Найвищий венеріанський вулкан — гора Маат. Зображення створене за допомогою радіолокаційних даних космічного апарата Магеллан. Насправді сам вулкан темно-сірий, а небо - зеленувато-жовте. NASA - Jet Propulsion Laboratory / Wikimedia Commons

Найвищий венеріанський вулкан — гора Маат. Зображення створене за допомогою радіолокаційних даних космічного апарата Магеллан. Насправді сам вулкан темно-сірий, а небо - зеленувато-жовте. NASA - Jet Propulsion Laboratory / Wikimedia Commons

Як вулкани можуть продукувати фосфін?

У вересні 2020 року астрономи оголосили про фіксацію фосфіну (PH₃) на Венері із концентрацією приблизно 20 частинок на мільярд у хмарах на висоті від 56 до 63 кілометрів. Згодом ця ж група вчених визнала концентрацію дещо нижчою — до 10 частинок на мільярд. Але вони наполягають на тому, що таку кількість все ще важко пояснити за допомогою геологічних чи атмосферних процесів, а тому схиляються до біологічного джерела — фосфін є потенційним біомаркером, його пов'язують з гниттям органічної речовини, і на Землі його створюють мікроорганізми. Втім, натяки на ознаки венеріанського життя є досить голосною заявою, тому вчені шукають інших пояснень появі цього газу у спектрі наземних телескопів. Ми все ще не знаємо конкретного біологічного механізму виробництва PH₃, а за словами вчених, «не можна використовувати докази, які узгоджуються з одним ізольованим біохімічним шляхом, як правдоподібну підставу посилатися на біологічні процеси в середовищі, де ці біохімічні шляхи заблоковані несприятливими умовами».

Тож вже на початку цього року знайдений фосфін назвали діоксидом сірки, що є третім основним атмосферним газом Венери після азоту та вуглекислого газу та має ту саму лінію поглинання на спектрі, і тому міг сприйнятися як фосфін. А у своїй роботі вчені спробували оцінити знайдену кількість PH₃ з точки зору вулканічної активності на Венері — на їхню думку, планета схильна до активного вулканізму і виверження магми глибоко з мантії. Відповідно до цієї гіпотези, невеликі кількості фосфідів, у металах, таких як залізо, можуть із вулканічною активністю виноситися із глибокої мантії на поверхню, де разом із пилом в результаті вибухових вивержень потрапляти в атмосферу. Там вони реагують з сірчаною кислотою в аерозольному шарі з утворенням фосфіну. І хоч таку реакцію має обмежити нестача води на планеті, фосфін здатен утворюватися за температури нижче 200 градусів Цельсія, а у лабораторних експериментах вчені побачили більше, ніж у воді перетворення фосфідів у фосфін через сірчану кислоту.

На Венері є вулкани?

На поверхні Венери дуже багато вулканів, але майже всі вони давно згаслі. Однак, ще 40 років тому апарати NASA «Піонер-Венера-1» та « Піонер-Венера-2» помітили у верхній частині хмар планети епізодичні сплески діоксиду сірки та зміни димки над хмарами, що імовірно можуть свідчити про вулканічне джерело. Також свідченням вибухового вулканізму на Венері може бути аналіз випромінювання в ближній інфрачервоній області, здійснений за допомогою видимого і інфрачервоного тепловізійного спектрометра (VIRTIS ) на апараті «Венера-експрес». За високим коефіцієнтом випромінювання, вчені визначили приблизно 40 тисяч квадратних кілометрів порід, що могли утворитися у результаті виверження.

На їхню думку, це свідчення новітніх вивержень, тому області їхнього розташування представляють одні з наймолодших вулканічно активних місць на Венері. За підрахунками, їм може бути менш як 250 тисяч років. А експерименти з вимірювання швидкості вивітрювання в умовах поверхні Венери вказують навіть на більш молодий вік лавових потоків — від десятиліть до сотень років. За тим же аналізом, загальний обсяг виверження оцінюється приблизно в 225-875 кубічних кілометрів, що перевищує обсяг вивержень навіть кальдерооутворюючих земних Єлловстоуна, Таупо чи Тоба. Концентрації летючих речовин склали свідчать про походження магми безпосередньо з мантії і кімберлітових трубок при вибуховому виверженні.

Скільки потрібно вулканів?

Приблизні емпіричні розрахунки свідчать, що вулканічні шлейфи на Венері піднімаються на 60 відсотків від висоти, яку вони мали б в атмосфері Землі. Тому аналогом вивержень венеріанських вулканів цілком може бути земний Кракатау, вибухи якого здатні піднімати матеріал на висоту до 80 кілометрів та викликати зміну змісту двоокису сірки на висоті 70. А модель вчених вимагає якраз такої висоти, щоб фосфідам разом із вулканічним пилом вдалося дістатися аерозольного шару і там разом із сірчаною кислотою перетворитися в фосфін. Тим паче, що кількість пилу, яка піднімається Кракатау, становить від 0,002 до 0,16 кубічних кілометрів, а для створення фосфіну на Венері якраз буде достатньо 0,03-0,15 на рік.

Найкращою аналогією вулканізму на Венері вчені називають Єлловстоун, оскільки на відміну від Кракатау він знаходиться над «гарячою точкою», де магма рухається в бік поверхні. Але наявність на Венері принаймні одного Кракатау із об'ємом виверження близько десяти кубічних кілометрів вже зможе забезпечити достатню кількість фосфіду для утворення в атмосфері спостережуваної кількості PH₃.

А чому тоді у нас немає фосфіну?

На Землі вулкани є незначним джерелом фосфіну — у нас його знаходили до 10 частинок на квадрильйон. І відмінності між Землею і Венерою, незалежно від швидкості вулканізму або ступеня окислення мантії, лежать у набагато менш агресивній природі води на Землі (порівняно із сірчаною кислотою на Венері), яка втричі знижує ефективність перетворення фосфіну від джерел фосфідів. Також через набагато вищу концентрацію радикалів гідроксильної групи у тропосфері Землі, час життя фосфіну в найбільш стабільному шарі атмосфери може бути набагато коротший, ніж на Венері — кілька днів порівняно із роками чи десятиліттями. Тому вчені припускають, що за однієї й тієї ж швидкості вулканізації, на 1-5 частинок фосфіну на мільярд в атмосфері Венери прийдеться всього близько 0,6-30 земних частинок на квадрильйон.