Может ли конвекция в коре объяснить наличие множества вулканов на Венере?

На поверхности Венеры виден вулкан. Автор: NASA/JPL-Caltech

Венера — горячая планета, усеянная десятками тысяч вулканов — может быть даже более геологически активна вблизи своей поверхности, чем считалось ранее. Новые расчеты исследователей из Университета Вашингтона в Сент-Луисе предполагают, что внешняя кора планеты может постоянно перемешиваться, неожиданное явление, называемое конвекцией, которое может помочь объяснить многие вулканы и другие особенности венерианского ландшафта.

«Никто раньше не рассматривал возможность конвекции в коре Венеры», — сказал Слава Соломатов, профессор наук о Земле, окружающей среде и планетах в Arts & Sciences. «Наши расчеты показывают, что конвекция возможна и, возможно, вероятна. Если это правда, это дает нам новое представление об эволюции планеты».

Статья опубликована в журнале Physics of the Earth and Planetary Interiors. Соавтором является Чхави Джейн, научный сотрудник Вашингтонского университета.

Конвекция, хорошо известный процесс в геологии, происходит, когда нагретый материал поднимается к поверхности планеты, а более холодный материал опускается, создавая своего рода постоянный конвейер. На Земле конвекция глубоко в мантии обеспечивает энергию, которая движет тектонику плит.

Земная кора, толщина которой на континентах составляет около 40 км, а в океанических бассейнах — 6 км, слишком тонкая и холодная, чтобы поддерживать конвекцию, объяснил Соломатов. Но он подозревал, что кора Венеры может иметь нужную толщину (возможно, 30–90 км, в зависимости от местоположения), температуру и состав горных пород, чтобы поддерживать работу этого конвейера.

Чтобы проверить эту возможность, Соломатов и Джейн применили новые теории динамики жидкости, разработанные в их лаборатории. Их расчеты показали, что кора Венеры может, по сути, поддерживать конвекцию — совершенно новый способ думать о геологии поверхности планеты.

В 2024 году два исследователя использовали аналогичный подход, чтобы определить, что конвекция, вероятно, не происходит в мантии Меркурия, поскольку эта планета слишком мала и значительно остыла с момента своего образования 4,5 миллиарда лет назад.

Венера, с другой стороны, является горячей планетой как внутри, так и снаружи. Температура поверхности достигает 870°F, а ее вулканы и другие поверхностные образования демонстрируют явные признаки таяния. Ученые давно задавались вопросом, как тепло из недр планеты может передаваться на поверхность. «Конвекция в коре может быть ключевым недостающим механизмом», - сказал Соломатов.

Конвекция вблизи поверхности также может влиять на тип и размещение вулканов на поверхности Венеры, сказал Соломатов. В 2023 году Пол Бирн, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Arts & Sciences, опубликовал атлас 85 000 вулканов Венеры на основе радиолокационных изображений миссии NASA Magellan начала 1990-х годов.

Соломатов сообщил, что они с Бирном обсудили возможные будущие совместные проекты, которые будут сочетать математическое моделирование с наблюдениями за поверхностью Венеры для лучшего понимания геологии планеты.

Соломатов надеется, что будущие миссии на Венеру смогут предоставить еще более подробные данные о плотности и температуре в коре. Если конвекция происходит так, как ожидается, некоторые области коры должны быть теплее и менее плотными, чем другие, различия, которые можно будет обнаружить с помощью измерений гравитации с высоким разрешением.

Но, возможно, еще более интригующей целью является Плутон, замерзшая карликовая планета на внешних границах Солнечной системы. Снимки миссии New Horizons выявили замечательные полигональные узоры в районе Sputnik Planitia на Плутоне, которые напоминают границы плит на Земле. Эти полигоны образованы медленными конвекционными потоками в слое твердого азотного льда толщиной 4 км.

«Плутон, вероятно, является лишь вторым планетарным телом в Солнечной системе, помимо Земли, где конвекция, которая движет тектоникой, отчетливо видна на поверхности», — сказал Соломатов. «Это захватывающая система, которую нам еще предстоит изучить».

Больше информации: Viatcheslav S. Solomatov et al, On the possibility of convection in the Venusian crust, Physics of the Earth and Planetary Interiors (2025). DOI: 10.1016/j.pepi.2025.107332

Источник: Washington University in St. Louis