Как скоро поверхность Земли снова затвердеет после того, как красный гигант Солнца заменится другой звездой?

Ладно... это не точный ответ, но вот. Я начну с обсуждения моего исследования затвердевания Луны, поскольку оно актуально, тем более что Луне потребовалось больше времени, чтобы затвердеть изначально, чем Земле. (Я отредактировал все это в вопросе как вспомогательную информацию.) Затем я перейду к делу о Земле.

Согласно статье 2011 года , 80% магматического океана Луны затвердело примерно за 1000 лет. Однако после этого образовавшаяся на нем плагиоклазовая корка действовала как «проводящая крышка». Как ни странно, это значительно замедлило оставшуюся часть процесса охлаждения. Приливное нагревание Земли также значительно замедлило оставшуюся часть процесса, расплавив участки земной коры и вызвав новые извержения.

Общее время было где-то примерно в диапазоне от 220 миллионов лет до 300 миллионов лет . Если бы не было приливных эффектов, но была бы проводящая крышка, прошло бы всего около 10 миллионов лет . У меня нет цифр для ситуации, когда присутствуют приливные эффекты, но нет проводящей крышки.

В другом вопросе на этом сайте я обсуждаю геологию обнаженного слоя меньшей луны. Вы можете увидеть это по этой ссылке:

Земля и Луна вновь затвердевают под более голубой звездой, их внешние слои испаряются и сгорают. Как они выглядят сейчас?

Короче говоря, плагиоклаз теперь сгорел, и в богатых железом остатках Луны не осталось достаточно алюминия для образования новой плагиоклазовой корки. Из статьи 2011 года мы узнаем, что у Луны нет другого способа сформировать проводящую крышку, поэтому процесс затвердевания теперь должен быть быстрее, чем раньше. Насколько быстрее, неясно, но вышеупомянутые статьи плюс статья 2010 года и статья 2008 года с платным доступом («Связанное затвердевание магматического океана и рост атмосферы для Земли и Марса») предполагают, что даже с учетом приливных эффектов это должно быть несколько десятков. максимум миллионы лет .

Однако я не чувствую себя способным использовать более сильное слово, чем «предлагать».

Согласно статье 2012 года , на большинстве планет не ожидается образования этих проводящих крышек. Кроме того, статья 2005 года показывает в Таблице 3, что в мантии Земли не так много алюминия, чтобы в любом случае образовать плагиоклазовую крышку.

(Должен предупредить вас, что Таблицу 3 в этой статье может быть немного сложно понять — я опубликовал ее на странице обсуждения Википедии, потому что думал, что она противоречит чему-то в этой статье, хотя на самом деле это не так.)

Переходя от Луны к Земле, мы теперь возвращаемся к нашей статье 2008 года «Связанное затвердевание магматического океана и рост атмосферы для Земли и Марса». Это за платный доступ, и если у кого-то есть ссылка на него без платного доступа, отредактируйте ее в этом ответе! Это очень цитируемая и интересная статья, которая, я думаю, будет интересна нескольким строителям мира.

Таблица 3 этой статьи (О, у нас здесь много Таблиц 3!), в случае, когда нет начального$H_{2}O$, дает различные сценарии, касающиеся глубины магматического океана и количества$CO_2$в атмосфере. Важно отметить, что некоторые из этих случаев охватывают случаи, когда в атмосфере или океане магмы нет водяного пара. В этих случаях Земле требуется больше времени, чтобы затвердеть, поскольку углекислый газ является более сильным парниковым газом, чем водяной пар. Но в любом случае, самое долгое время, которое требуется Земле, чтобы достичь 98% затвердевания в них, составляет 5,3 млн лет. (Марсу требуется 2,8 млн лет в аналогичных условиях.)

Говорят, что для достижения «мягких» условий после того, как это произошло, должно пройти не менее пяти миллионов, а самое большее — порядка десятков миллионов лет. Случай отсутствия водяного пара не был одним из немногих случаев, смоделированных более подробно, чем другие, но статья, похоже, ссылается на все возможные случаи, когда утверждает это, особенно в начале реферата.

Что касается крышки, в статье Элкинса-Тантона и др. 2010 года прямо говорится, что Луне потребовалось больше времени, чем Земле, чтобы затвердеть, и что причиной была крышка. Этот язык предполагает, что без крышки приливные эффекты не замедлили бы охлаждение Луны настолько, чтобы она оставалась расплавленной намного дольше, чем Земля.

Как видно из моих комментариев к ответу Zeiss Ikon, меньшее голубое Солнце, вероятно, поставляет на Землю и Луну менее трети тепла, чем раньше. Типичный субкарлик B с 1/5 радиуса Солнца имеет 1/25 площади поверхности. Они горячее - у Солнца есть$5772K$температура поверхности, самая горячая звезда sdB, о которой я знаю, имеет$\leq 36,000K$, и это 6,237-кратная разница температур, но если вы разделите это на 25, вы получите около 0,25. Теперь я видел неподтвержденное заявление о том, что субкарлики O-типа могут нагреваться до 100 000 К, но даже в этом случае уменьшенная площадь поверхности означает, что они по-прежнему отдают на Землю меньше тепла, чем первоначальное Солнце. (всего примерно в 0,693 раза больше, чем раньше). Так что это также должно помочь Земле остыть и затвердеть быстрее, чем в первый раз.

Как и тот факт, что на этот раз нет удара Тейи или поздней тяжелой бомбардировки.

Наконец, мы еще раз взглянем на статью 2012 года, о которой я упоминал ранее. В разделе 5 автор делает предположение, что Земле потребовалось примерно 50 миллионов лет, чтобы остыть до «мягких» (включая твердые) условий после удара Тейи. Однако я не знаю, существует ли научный консенсус относительно того, действительно ли Земля затвердела до того, как энергия удара Тейи снова расплавила кору. На рисунке 7 показано общее время охлаждения в 55 миллионов лет, исходя из очень резкого падения температуры в последние 5 миллионов лет. Я думаю, что мне, возможно, придется увеличить это значение для атмосферы без водяного пара, особенно если атмосфера с углекислым газом недостаточно конвективна.

В любом случае... на данный момент есть много свидетельств того, что "порядка десятков миллионов лет" является ответом на полное затвердевание, хотя я не думаю, что это окончательно доказано для этого конкретного сценария . А для большого количества частичного затвердевания, но слишком жаркого мира, чтобы люди могли жить без защиты, это еще меньше, самое большее 5,3 миллиона лет, может быть, достаточно твердым всего за 1000 лет!

Итак, мой ответ: «порядка нескольких десятков миллионов лет, возможно, чуть меньше 100 миллионов лет, но даже тогда я не уверен на 100%».

Источники:

Уоркман, Р.К., и Харт, С.Р. (2005). Мажорный и рассеянный состав деплетированной мантии MORB (DMM). Письма о Земле и планетологии, 231 (1-2), 53-72.

Элкинс-Тантон, LT (2008). Связанное затвердевание магматического океана и рост атмосферы для Земли и Марса. Письма по науке о Земле и планетах, 271 (1–4), 181–191. Боюсь, это платный доступ.

Мейер, Дж., Элкинс-Тантон, Л., и Уиздом, Дж. (2010). Парная термоорбитальная эволюция ранней Луны. Икар, 208(1), 1-10.

Элкинс-Тантон, Л.Т., Берджесс, С., и Инь, К.З. (2011). Лунный магматический океан: согласование процесса затвердевания с лунной петрологией и геохронологией. Письма по науке о Земле и планетах, 304 (3-4), 326-336.

Элкинс-Тантон, LT (2012). Океаны магмы во внутренней Солнечной системе. Ежегодный обзор наук о Земле и планетах, 40, 113–139.

Suckale, J., Elkins-Tanton, LT, & Sethian, JA (2012). Кристаллы всколыхнулись: 2. Численное понимание образования самой ранней коры на Луне. Журнал геофизических исследований: Планеты, 117 (E8).

Камата С., Сугита С., Абэ Ю., Исихара Ю., Харада Ю., Морота Т., ... и Мацумото К. (2015). Относительное время затвердевания Лунного магматического океана и поздней тяжелой бомбардировки установлено по сильно деградировавшим структурам ударного бассейна. Икар, 250, 492-503.

Сон, Нью-Хэмпшир (2016). Бомбардировка астероидами и ядро ​​Тейи как возможные источники позднего покровного компонента Земли. Геохимия, геофизика, геосистемы, 17(7), 2623-2642.

Учитывая, что внутренняя часть Солнечной системы была довольно тщательно очищена распухшим красным гигантом в фазе старения Солнца, не может быть никакой Поздней тяжелой бомбардировки, чтобы заново расплавить первоначальную кору, которая начинает формироваться почти сразу после того, как поглощение, вызвавшее таяние, остановлено.

Какая бы изначальная земная кора ни существовала до образования Луны. У нас нет влияния Тейи на формирование Луны (в процессе которого Земля полностью или почти полностью переплавилась), нет (в настоящее время обсуждается) миллионов лет астероидной бомбардировки — на самом деле, я бы сомневался, расплавится ли существующая кора. полностью с нескольких миллионов лет обращения внутри довольно разреженной (хотя и довольно горячей) внешней оболочки Солнца. Датировка древнейших известных горных пород как на Земле, так и на Луне предполагает, что Земля начала реформировать кору менее чем через сто миллионов лет после удара Тейи, и учитывая, что почти вся эта «вторая кора» с тех пор была переработана в результате эрозии и субдукция, эта цифра вполне могла быть намного короче.

Исходя из этого, я бы сказал, что должна быть твердая поверхность, по которой можно было бы приземлиться и пройти, самое большее, через несколько миллионов лет после индуцированного Солнечным коллапсом субкарлика (из-за малой излучающей поверхности излучение голубого в сине-белый субкарлик было бы тривиально по сравнению с охлаждающим эффектом поверхности магмы, излучающей в космос). Свежие потоки магмы формируют корку, несущую вес, за несколько дней или недель, хотя эта поверхность все еще достаточно горячая, чтобы плавить подошвы ботинок в течение многих раз за это время. Гораздо более глубокое тепло под поверхностью полностью расплавленной коры могло бы значительно увеличить эту цифру, но горные породы не очень хороший проводник тепла, поэтому все еще существуют горные породы, достаточно горячие, чтобы вскипятить воду спустя сотни тысяч лет после самого последнего из них. извержение в Йеллоустоне.

Лучше всего надевать усиленные утепленные сапоги для вакуумного костюма; земля будет почти такой же горячей, как кора на свежем потоке магмы. Также будьте осторожны , где вы приземляетесь, так как в земной коре могут быть тонкие участки, которые не подходят для поддержки звездолета или тяжелого посадочного модуля, а дрейф плиты может быть виден локально в режиме реального времени.