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温室效应与类地行星大气、水的演化 孙捷 瑞典隆德大学固体物理系，隆德（22100 ） 大连理工大学物理系，大连（116023） E-mail （albertjefferson@ ） 摘 要：本文从太阳系的诞生与演化讲起，阐述了温室效应在地球、火星、金星大气、水的 演化过程中的作用。本文还提出了火星壳结构和早期水循环的崭新理论。通过对三颗行星的 分析，希望对从事温室效应、气候变化研究的工作者有所参考。 关键词：温室效应，地球，火星，金星，大气、水的演化 中图分类号：P4 1. 引 言 关于火星生命的猜测已持续了两个世纪。许多关于火星人、火星运河的科幻小说曾广为 流行。人类对火星的真正探测始于1976 年水手号在火星的着陆。 火星距地球最近时仅56,000,000 公里，是与地球最相似的行星。二者自转周期、黄赤交 角均极相近。但它的气压仅为0.006-0.008atm，主要为二氧化碳，十分干燥，大气中全部水 量还不及北美五大湖的一个多。如此稀薄的大气只能维持极弱的温室效应，表面温度最高 293K ，最低可达133K。但水手号发现的古河道和古湖泊却说明，火星历史上曾有过一段风 和日丽、江河奔腾的时期。这引起了人们对火星气候演化的兴趣。 另一颗与地球相似的行星是金星。由于浓厚大气的笼罩，直到目前人们对它依然了解甚 少。它表面温度近750K，但科学家猜测它也曾有液态水流淌。水的消失与温室效应有很大 关系。 目前，地球上的气候变化日益引起人们的重视。包括近年来我国的洪水、赤潮、沙尘暴 在内的一系列自然灾害，无不与生态破坏与环境污染有关，而其中之一就是温室效应。本文 拟通过对三颗行星的分析，探讨温室效应对行星气候演化的作用。值得提出的是，引人关注 的厄尔尼诺现象与温室效应并无直接关系，不能将二者混为一谈。 本文还将简要讨论地壳的板块构造及其在气候演化中的作用，并进一步提出关于火星壳 结构和其早期水循环的崭新的理论模型，这涉及到太阳系早期历史，因此我们将从太阳系的 诞生与演化谈起。 2. 太阳系的诞生与演化 2.1 太阳系（Solar System）大行星分为类地行星（Terrestrial Planets ）与类木 行星（Jovian Planets ） 太阳系九大行星（最近许多科学家认为冥王星不能算大行星）中，水星（Mercury ）、 金星（Venus ）、地球（Earth ）、火星（Mars ）称为类地行星，木星（Jupiter ）、土星（Saturn）、 天王星（Uranus ）、海王星（Neptune ）称为类木行星。这样划分的根据主要在于它们的结 构与化学组成。类地行星主要由重元素构成，例如铁、锰、硫、硅等。类木行星则富含氢、 氦等轻元素。一般说来，类地行星由于距太阳较近，温度较高，原子运动速度快，加上行星 引力小，氢、氦等轻元素很容易逃逸到太空。类木行星则温度较低且引力大，容易保留住大 量轻元素。大行星的一些参数可见表1。 - 1 - 表1[1] 太阳系大行星的一些参数 行星 距日平均距离 公转周期 公转轨道与地球轨道交角 赤道直径 质量 平均密度 AU 年 度 千米 千克 千克/立方米 水星 0.39 0.24 7.0 4,878 3.30×1023 5,430 金星 0.72 0.62 3.4 12,100 4.87×1024 5,250 地球 1.00 1.00 0.0 12,756 5