碳酸岩熔岩在金星现代大气脱气过程中的关键作用解析

为解决金星大气CO2来源争议，研究人员通过建模分析金星表面canali通道的侵蚀机制，首次证实碳酸岩熔岩可释放相当于现代大气总量的CO2，为金星近期宜居期假说提供关键支持。该研究发表于《Science Advances》，揭示了行星大气演化的新机制。

　　

在太阳系行星演化研究中，金星作为地球的"孪生兄弟"却拥有截然不同的命运——其表面温度高达740K，被浓密的CO₂大气笼罩，压力相当于地球的90倍。长期以来，科学界对金星大气形成时间存在激烈争论：是形成于吸积早期，还是经历漫长宜居期后突然转变？这个问题的答案直接关系到我们对系外行星宜居性的判断标准。

美国华盛顿大学的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究中，通过对金星表面特殊地貌"canali"（长而蜿蜒的侵蚀通道）的建模分析，提出了突破性见解。研究人员运用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）反演方法计算熔岩体积，建立一维熔岩侵蚀动力学模型，结合金星立体地形数据，系统评估了不同熔岩类型对canali的侵蚀能力。

研究首先完成金星全球70条canali的测绘工作，测量其长度（中位数400km）、宽度（中位数2km）和坡度（平均0.01弧度）。通过热-机械耦合侵蚀模型显示，碳酸岩熔岩因独特的低粘度（<100 Pa·s）和低熔点（490-550°C）特性，能在保持35m恒定深度的情况下侵蚀形成长达6800km的Baltis Vallis通道，所需喷发速率（2.3×10⁹ kg/s）远低于玄武岩的要求。

体积计算表明，形成所有观测到的canali需要10^16.12±0.75 m³碳酸岩熔岩，相当于全球覆盖29m厚的熔岩层。关键的是，这些碳酸岩含有30wt%碳酸盐矿物，按10-50%的脱气效率计算，可释放4.6×10²⁰kg CO₂——恰好匹配金星现代大气与地球的碳储量差异。时间尺度分析显示，这一脱气过程可能在5.5-7.9亿年内完成，与金星表面年龄（2.5亿年）和最大宜居窗口期相符。

研究还提出金星独特的碳酸岩生成机制：高温表面（740K）使浅层埋藏（仅需数百米）的碳酸盐岩即达熔点，通过火山重铺面-埋藏-重熔循环可产生大量碳酸岩岩浆。这与地球碳atite主要来自地幔深部的情况截然不同。

这项研究革新了对金星大气演化的认知：1）证明碳酸岩火山作用能在金星地质近期释放足量CO₂；2）为金星可能存在长达30亿年宜居期提供机制支持；3）提出"金星带"系外行星可能经历长期宜居阶段的新观点。即将开展的VERITAS和EnVision金星探测任务将通过高分辨率地形测绘和矿物分析验证这些预测。研究成果不仅解答了金星演化之谜，更为系外行星宜居性评估提供了重要参照系。