干旱类地行星的碳循环失衡及其对金星研究的启示
地球与行星天体物理
2026-04-21 v1
摘要
干旱的类地系外行星可能数量众多，因此是寻找生命的有趣目标。特别是，像 TRAPPIST-1 系统中的 M 矮星行星可能拥有有限的表面水，而早期太阳系类地行星在岩浆海洋固化后可能只有很少的表面水储量。在现代地球上，有足够的表面水来维持平衡的地质碳循环，这意味着硅酸盐风化作用平衡了 CO 的火山脱气作用。然而，在干旱行星上，可能没有足够的表面水来使这种硅酸盐风化恒温器维持宜居条件。在这里，我们展示了干旱行星进入一种风化作用无法跟上 CO 火山脱气作用的模式。使用地质碳循环的耦合模型，我们发现，类地行星需要至少约地球海洋质量 20-50% 的初始表面水储量，才能在 45 亿年的演化过程中维持平衡的地质碳循环和温和的表面温度。表面水少于地球海洋约 20-50% 的干旱行星无法维持高硅酸盐风化通量，可能导致大气 CO 失控增加。此外，我们探索了类似金星的辐照情况，发现有限的表面水可能破坏了金星的碳循环稳定性，触发了从温带到不适宜居住的转变。即使一颗行星位于其恒星的宜居带内，如果它很干旱，也可能因碳循环失衡而转变为不适宜居住的状态。更广泛地说，干旱的类地系外行星在长时间尺度上保持宜居的可能性较小，因此可能不是寻找生物标志物的好候选目标。
引用
@article{arxiv.2604.16846,
title = {Carbon Cycle Imbalances on Arid Terrestrial Planets with Implications for Venus},
author = {Haskelle T. White-Gianella and Joshua Krissansen-Totton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.16846},
year = {2026}
}
备注
Published in the Planetary Science Journal. The main text is 19 pages, the full article, including appendix and references, is 27 pages. 8 figures in the main text, 18 figures total