Deep Water Cycling and Delayed Onset Cooling of the Earth
地球上发生的变化可以追溯到两种能源之一：太阳和地球的内能。地质时期的板块运动、火山活动、造山运动和地球表面的重塑都取决于地球的内能。构造活动由内能驱动，并影响能量被利用的速率，即，我们星球的冷却速度。岩石学数据表明，在地质历史上，冷却并不是以恒定的速率发生的。直到25亿年前，内部冷却是温和的，然后增加（图1）。当地球冷却时，它在岩石内部（地壳和地幔）和表面之间循环水。水会影响地幔岩石的粘性，从而影响构造运动的速度，并通过关联影响地球冷却。我们提出了一套热构造历史模型，再加上深水循环，以表明岩石学约束的变化，地球的冷却速率可以解释的变化，在地质时期的深水循环。冷却速率的变化并不需要地球的全球构造模式发生变化。它可以解释为地球内部和地表之间水循环平衡的变化。这种水循环变化的性质和时间可以与陆壳性质的变化和大气中氧气的相关上升相关联。预测氧气的增加应该与地球冷却速率的变化及时相关，这与数据限制是一致的。
2018-01-27 astro-ph.EP
Detecting Volcanism on Extrasolar Planets
对太阳系外岩石行星的研究已经发现了第一个凌日岩石超级地球，Corot 7b，其地面温度允许岩浆海洋。在这里，我们问，我们是否可以区分岩石行星与最近的主要火山活动的远程观测。我们建立了一个基于现今地球的类地系外行星上火山爆发的模型，导出了多种气体分布和云量情景下的出射光谱和透射光谱的可观测特征。我们计算所需的观测时间，以检测爆炸性火山活动的系外行星在初级和次级日食，并讨论观测火山活动的过境地球的超地球大小的系外行星的可能性。我们发现，二氧化硫从大型爆炸性喷发的光谱信号，是远程检测，特别是在最近的恒星使用地面望远镜的二次日食测量，并报告的频率和幅度的预期签名。行星在宜居带中的过境概率随着与主星的距离而减小，使得靠近主星的小行星成为最佳目标
2010-09-07 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
The Ability of Significant Tidal Stress to Initiate Plate Tectonics
板块构造是目前地球独有的一种地球物理过程，在调节地球气候方面发挥着重要作用，通过识别我们太阳系以外具有构造活动的岩石行星，可能会更好地理解板块构造。判断类地行星上是否存在板块构造的关键标准是，行星岩石圈上来自地幔对流的应力是否可以克服岩石圈的屈服应力。虽然许多岩石系外行星紧密地围绕着它们的主恒星运行，但迄今为止所有关于系外行星板块构造的研究都忽略了行星岩石圈中的潮汐应力。模拟岩石系外行星作为一个恒定的密度，均匀的，不可压缩的球体，我们表明潮汐应力从主机恒星作用在近距离行星可能会成为相当于岩石圈的应力从地幔对流。我们还表明，来自行星-行星相互作用的潮汐应力不太可能对板块构造有重要意义，但可能足以引发地震。我们的工作可能意味着靠近其宿主恒星的行星更有可能经历板块构造，这对系外行星的物理学和可居住性有影响。我们列出了一份在最强烈压力下探测到的岩石系外行星的清单。大气和地形观测可能在不久的将来证实我们的预测。对具有显著潮汐应力的行星的调查不仅可以导致与活跃板块构造的存在相关的可观测参数，而且还可以用作测试关于构造活动背后的主要驱动力的理论的工具。
2019-02-04 astro-ph.EP physics.geo-ph
Magnetodynamo Lifetimes for Rocky, Earth-Mass Exoplanets with Contrasting Mantle Convection Regimes
我们使用了一个铁的核心的热模型来计算在地球质量的岩石行星，以确定发电机的寿命和强度与不同的地幔构造制度，地面温度，和核心属性的行星的敏感性magnetodynamo演化。在核幔边界（CMB）的热流来自于地幔对流的数值模型与粘性/假塑性流变学，捕捉板状构造的现象。我们的热演化模型预测了地球的长寿命（~8 Gyr）场和具有板块构造的地球质量系外行星的类似发电机演化。升高的地面温度和压力依赖的地幔粘度都降低了CMB热流，但只产生稍微长寿命的发电机（~8-9.5 Gyr）。具有相对较低CMB热流的单板（“停滞盖”）行星产生长寿命（~10.5 Gyr）发电机。这些较弱的发电机可以停止数十亿年，随后由于与内核增长相关的额外熵产生而重新激活，这可能解释了今天金星上没有磁场。我们还表明，发电机的操作是敏感的初始温度，大小和固相线的行星的核心。这些依赖性将严重挑战任何试图根据磁场的存在或不存在来区分具有板块构造和停滞盖的系外行星的尝试。
2013-04-09 astro-ph.EP
Lifetime of a transient atmosphere produced by Lunar Volcanism
在月球历史的早期，火山释气可能产生了周期性的毫巴级大气（Needham和Kring，2017）。我们研究了相关的大气逃逸过程和这种大气的寿命。热逃逸率作为一个函数的大气质量的温度范围内，包括轻成分，如H2的存在下的效果进行了计算。光化学逃逸和大气溅射计算使用的估计较高的EUV和等离子体通量与早期太阳一致。Vondrak（1974）进行的经常使用的地面Jeans计算不适用于所考虑的大气的规模和组成。我们发现，如果平均外底温度低于350 - 400 K，太阳驱动的非热逃逸可以去除早期CO毫巴级大气约100万年。然而，如果太阳紫外线/极紫外线吸收将高层大气加热到> 400 K的温度，热逃逸越来越主导损失率，考虑到能量有限逃逸，我们估计最小寿命为100年。
2020-11-30 astro-ph.EP
Some Tectonic Concepts Relevant to the Study of Rocky Exoplanets
本文考察地球板块构造的特征与作用力，探讨相关概念以助天文学家评估预测构造活动的数值模型，并指出地质学家对地球运行方式及行星构造状态的研究进展为分析太阳系内外行星提供了有效方法。
2024-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
The Diversity of Exoplanets: From Interior Dynamics to Surface Expressions
对类地系外行星的大气-走廊耦合系统仍然知之甚少。系外行星的大小、密度、地面温度和内部结构各不相同，这对这一耦合系统产生了重要的连锁效应。许多系外行星被预测在表面有一个“停滞的盖子”，有一个坚硬的静止地壳，缓慢的地幔对流，只有轻微的火山活动。然而，如果系外行星具有类似地球的板块构造，其中包括几个离散的，缓慢移动的板块和强烈的构造岩浆活动，那么这可能对行星的可居住性至关重要，并对银河系中生命的发展（和进化）产生影响。在这里，我们总结了我们目前的知识耦合行星动力学的背景下，系外行星的多样性。
2021-08-18 astro-ph.EP
Mantle Convection and Nightside Volcanism on Lava World K2-141 b
University of Oxford（牛津大学）；Bayerisches Geoinstitut, University of Bayreuth（拜罗伊特大学巴伐利亚地球研究所）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Institute of Geophysics, Department of Earth and Planetary Sciences, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院地球与行星科学系地球物理研究所）；School of Physics and Astronomy, University of Leeds（利兹大学物理与天文学学院）
本研究通过二维对流模型探讨了岩浆世界K2-141 b的地幔动态、夜侧火山活动及挥发物逸出，发现火山活动可释放大量CO₂和H₂O，并分析了其热辐射信号对观测的影响。
2026-03-02 astro-ph.EP physics.geo-ph
The Role of Tectonic Luck in Long-Term Habitability of Abiotic Earth-like Planets
本研究构建准二维模型探究非生物类地行星的长期气候稳定性，发现大陆碰撞抬升无法单独提供足够可风化矿物以维持宜居气候，需结合尘埃输送、冰川侵蚀等其他补给机制才能保障行星长期宜居。
2025-07-30 astro-ph.EP
Tectonics on early Earth driven by Earth's changing shape during tidal recession of the Moon
University of Bristol（布里斯托大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究探讨月球潮汐退却导致地球自转减速及形状变化，驱动早期地壳构造运动，解释岩石多样性起源。
2026-09-22 astro-ph.EP physics.geo-ph
The role of planetary interior in the long-term evolution of atmospheric CO2 on Earth-like exoplanets
内容：长期的碳酸盐-硅酸盐循环在地球气候演化中起着重要作用，因此，也可能是类地系外行星气候演化的重要机制。目的：我们研究了辐射成因地幔加热、地核大小和行星质量对大气$CO_2$分压演化的影响，以及板块构造驱动的长期碳循环控制大气$CO_2$分压的能力。方法：我们开发了一个箱模型，将碳循环与参数化的地幔对流联系起来。碳循环耦合到热演化通过板块速度，这取决于全球瑞利数。结果：我们发现大气$CO_2$压力随时间降低，最高可达10 Gyr以上的数量级。放射性同位素的丰度越高，导致$CO_2$压力越高。我们发现一个减小的瑞利数和板块速度朝向行星与较大的核心质量分数$f_c$，这导致较低的大气$CO_2$压力。由于内部温度较高，质量较大的行星可能有利于形成更多的$CO_2$丰富的大气层。结论：板块构造对地幔冷却的依赖性对大气$CO_2$压力的长期演化有重要影响。碳循环介导的板块构造是有效地调节行星气候的地幔放射性同位素丰度，行星质量和核心大小的广泛范围。在钍或铀地幔丰度高的行星上更有效的碳循环突出了绘制这些元素在潜在宜居系外行星的宿主恒星中的丰度的重要性。核心质量分数（$f_c\gtrsim 0.8$）较大的行星上碳循环效率低下，这强调了对地球大小的系外行星进行精确质量半径测量的重要性。
2021-03-17 astro-ph.EP
The Temporal Onset of Habitability For Earth-Like Planets
行星维持地表水的能力，我们所知道的生命的关键，取决于太阳能和行星能。随着恒星年龄的增长，它会向行星输送更多的能量。随着行星年龄的增长，它产生的内部热量减少，从而导致冷却。对地球来说，内部冷却与板块构造有关--板块构造是地球内部对流的表面表现。这一过程使挥发物（二氧化碳和水）在地表和内部储层之间循环，从而影响行星气候。循环速率取决于板块构造冷却的效率。这种效率仍然存在争议，并提出了多种假设。地质代用数据使我们能够验证这些假设的模型和数据的不确定性。多个模型通过验证测试。这些模型定义了与地球相似的类地系外行星的分布，解释了构造效率的变化。将这种分布输入气候模型表明，建立可居住条件的时间可以变化数十亿年。由于板块构造冷却效率的差异，绝对年龄和轨道距离相同的行星可以居住在经典的宜居带内，也可以不居住在其中。完整的模型人口允许一个概率分布，以构建在可居住的条件建立的时间。这种分布表明，相同年龄的类地系外行星可能处于不同的演化阶段。它还表明，早期演化不利于生命的恒星周围的行星在其能量历史的后期可能变得适合居住。
2021-06-28 astro-ph.EP
The Prospect of Detecting Volcanic Signatures on an ExoEarth Using Direct Imaging
本文通过气候模拟和0.2–2.0 μm直接成像光谱建模，评估系外地球大火成岩省喷发的可探测性，指出O₃吸收与光谱斜率的共同变化是最佳火山信号。
2023-09-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Evidence for a volcanic atmosphere on the sub-Earth L98-59b
基于JWST观测的透射光谱，研究发现次地球L 98-59 b存在SO$_2$火山大气的证据，表明火山作用可能复苏M矮星周围潮汐加热岩石行星的次生大气。
2025-01-30 astro-ph.EP
The Role of N2 as a Geo-Biosignature for the Detection and Characterization of Earth-like Habitats
自太古代以来，N2一直是地球大气中的主要大气成分。氮是构成生命的基本元素，因此地球生物氮循环是地球和类地系外行星长期演化的基本因素。我们讨论了地球的N2大气的发展，因为地球的形成和它的关系与地球生物循环。然后，我们提出了大气演化情景及其与生命形式的可能相互作用：第一，为一个停滞盖缺氧的世界，第二为构造活动的缺氧世界，第三为氧化构造活动的世界。此外，我们还讨论了目前地球生物圈的可能消亡及其对大气的影响。由于生命形式是将沉积的氮再循环回大气层的最有效手段，它们维持其表面的高水平分压。此外，大量的N2和O2的同时存在在地质时间尺度上的大气中是化学不相容的。因此，我们认为，一个N2占主导地位的大气与O2的类地行星在拱星宜居带可以被认为是一个地理生物签名。具有这种大气层的类地行星将具有与好氧生物生物圈相关联的运行构造体系，而在大多数情况下，其他情况下最终以二氧化碳为主的大气层结束。最后，我们得出的结论是，在M到K星的宜居带内寻找类地系外行星上的生命。
2019-04-26 astro-ph.EP
Growth and Evolution of Secondary Volcanic Atmospheres: II. The Importance of Kinetics
火山活动是挥发性元素的主要和长期来源，如地球大气中的C和H，可能已经进入金星的大气层，也可能是系外行星。模拟火山大气增长的模型通常有两个假设：要么大气物种形成是由火山活动的高温平衡决定的;要么火山气体热化学重新平衡到新的，较低的表面环境温度。在后一种情况下，有人认为火山大气可能会产生生物特征假阳性。在这里，我们测试这样的推论的假设基础上进行化学动力学计算，以估计热化学平衡的火山衍生大气的弛豫时间尺度，在一个简单的0 D大气忽略光化学和反应催化。我们证明，对于具有火山大气的行星，只有当大气温度高于~ 700 K时，才能假设地质时间尺度上的热化学平衡。在较低温度下的缓慢化学动力学抑制了氧化还原敏感性物质对低温热化学平衡的松弛，排除了仅通过热化学产生两个独立的生物特征：1.氨，和2. CO $_2$和CH $_4$在不存在CO的大气中共存。这支持使用两种生物特征来检测生命。火山气体在脱气的高温下淬火，如果被解释为处于热化学平衡状态，那么火山气体也具有从更氧化的地幔中产生的气体的物种特征。因此，将大气层与岩石系外行星的内部联系起来变得复杂，即使它们的大气层纯粹是火山成因。
2023-02-21 astro-ph.EP
The early Earth as an analogue for exoplanetary biogeochemistry
本文利用地球地质生物演化记录，探讨早期地球作为系外行星研究的参考点，分析了控制大气演化的生物与非生物机制，并指出早期大气生物标志的可探测性受生物演化与构造背景共同控制。
2024-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
ExoMol molecular line lists - XIV: The rotation-vibration spectrum of hot SO$_2$
众所周知，二氧化硫存在于行星和卫星的大气层中，其存在通常与火山活动有关，并存在于年轻和演化恒星的星周包层以及星际介质中。这项工作提出了一个13亿的$^{32}$ S $^{16}$ O $_2$振动旋转跃迁的线列表计算使用一个简单的调整势能面和从头计算偶极矩表面。该表给出了温度低于2000 K时高达8000 cm $^{-1}$（波长大于1.25 $μ$ m）的完整覆盖范围。在300和500 ℃下记录红外吸收截面，用于验证所得ExoAmes线列表。行列表以电子形式提供，作为本条的补充数据，也可在www.exomol.com上查阅。
2016-03-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmosphere-interior exchange on hot rocky exoplanets
我们提供了短周期岩石系外行星与向阳面岩浆池和硅酸盐蒸汽气氛的大气压力和表面成分的估计。大气压力趋向于与表面岩浆的蒸汽压力平衡，而岩浆表面的成分是由部分蒸发和表面-内部交换的竞争效应决定的。我们使用基本模型来展示表面-内部交换如何受行星的温度，质量和初始成分控制。我们假设地幔岩石经历了大量熔融形成岩浆池，风从星下点径向流动。在这些假设下，我们发现：（1）当行星体硅酸盐FeO浓度较低时，大气-内部交换较快，而当FeO浓度较高时，交换较慢：（2）当亚星温度为$\lesssim$ 2400 K时，岩浆池的成分混合较好，而当亚星温度为$\gtrsim$ 2400 K时，岩浆池的成分变化较大，变化较快;（3）岩浆池中的电流倾向于冷却固体地幔的顶部（“构造制冷”）;（4）与早期的工作相反，许多岩浆行星具有随时间变化的表面成分。
2016-06-21 astro-ph.EP
Potential Melting of Extrasolar Planets by Tidal Dissipation
本文研究液态核—固态地幔行星的潮汐失控熔融条件，指出 L98-59bcd 最可能维持火山活动，并表明 JWST 经 5–10 次凌星或能以 ≳3σ 探测到 SO2 信号。
2023-11-02 astro-ph.EP
Effect of surface-mantle water exchange parameterizations on exoplanet ocean depths
典型宜居带中的类地系外行星可能由于星子随机挥发性的传递而具有多种初始水分数。如果地球上的水总量很高，整个表面可能被水覆盖，形成一个“水世界”。“在一个具有活跃构造的行星上，竞争机制通过确定水在内部和表面之间的分配来调节表面上的水丰度。在这里，我们将探讨如何纳入不同的机制，脱气和再气化的水改变了挥发性演变的行星。对于所考虑的所有模型，挥发性循环在$\sim 2 \ \mathrm{Gyr}$之后达到近似稳态。使用这些稳态，我们发现，如果挥发性循环是完全依赖于温度或海底压力，系外行星需要高丰度（总质量的$\gtrsim 0.3\%$）的水有充分淹没的表面。然而，如果脱气更多地取决于海底压力，而再气主要取决于地幔温度，那么后期的脱气速率相对较大，并且在脱气和再气之间达到稳态，并具有大量的地表水分数。如果这种混合模型是物理的，那么总含水量与地球相似的超级地球可以成为水世界。因此，需要进一步了解推动类地行星挥发性循环的过程，以确定它们可能成为水世界的水含量。
2016-09-15 astro-ph.EP
Induction Heating in Super-Earths: A Thermochemical Perspective
本文通过构建不同温度与成分下的超级地球地幔电导率剖面，研究感应加热效率，发现高温、高铁含量和高熔融分数会抑制加热，并揭示GJ 486b中感应加热主导热演化而HD 3167b和GJ 357b中作用微弱。
2025-09-29 astro-ph.EP
Detecting planetary geochemical cycles on exoplanets: Atmospheric signatures and the case of SO2
我们研究了行星大气的光谱，以获得系外行星上不同全球地球化学循环的低分辨率可检测特征-以硫循环为例。作为比较行星学的第一步，我们推导出第一代空间和地面望远镜的低分辨率可探测特征。我们假设类地系外行星（类地行星和超级地球）的表面和大气层通常会受到特定地球化学循环的控制。在这里，我们集中在硫循环驱动的SO2和H2S的脱气，然后由它们的转化为其他含硫的物种，这是明显区别于由CO2脱气驱动的碳循环。由于火山活动的增加，硫循环可能是具有活动构造的干燥超级地球上占主导地位的全球地球化学循环。我们计算行星的发射，反射和透射光谱从0.4到40微米的高和低分辨率，以评估可检测的功能，使用当前和太古代地球模型与不同的SO2和H2S浓度，以探索岩石行星上的还原和氧化宜居环境。我们发现特定的光谱特征，可观察到低分辨率的行星大气与高浓度的SO2和H2S。因此，第一代空间和地面望远镜可以测试我们对岩石行星地球化学循环的理解，并可能区分由碳和硫循环主导的行星环境。
2009-11-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
Modification of the radioactive heat budget of Earth-like exoplanets by the loss of primordial atmospheres
类地行星内部放射性产热同位素的初始丰度是其热演化和相关构造以及可能演化为类地生境的重要驱动力。中等挥发性的元素K可以从岩浆海洋中脱气到H $_2$ -占主导地位的原始大气中，假设在气体盘蒸发时质量在0.55-1.0 $ M_{\rm Earth}$之间。我们估计这种释气，并让这些行星生长通过耗尽和非耗尽的材料，类似于相同的$^{40}$ K丰度的平均碳质陨石的影响，直到增长的原行星达到1.0 $M_{\rm Earth}$。我们研究不同的大气成分，并作为压力和温度的函数，计算的比例K吉布斯自由能最小化使用GGChem代码。我们发现，对于H $_2$ -包层和$\ge$ 2500 K的岩浆海洋地面温度，没有K冷凝物是热稳定的，因此脱气的$^{40}$ K可以在很大程度上填充到大气中。然而，由于岩浆海洋的翻转时间和有限的扩散到高层大气中的$^{40}$ K，从整个$^{40}$ K在岩浆海洋中可能只有一小部分可用于逃逸到太空。利用一个多组分流体动力学高层大气演化模型，进一步模拟了不同恒星极紫外活动下原始大气和拖曳的$^{40}$ K的逃逸率。我们的研究结果导致不同的产热元素的丰度在完全成长的行星，这可能会导致不同的热和构造历史的类地行星和他们的可居住性条件。
2022-09-29 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Formation of Early Water Oceans on Rocky Planets
具有硅酸盐地幔和金属内核的类地行星在吸积过程中很可能获得水和碳化合物。在这里，我研究了允许早期形成地表水海洋的条件（同时冷却到半地表条件），以及行星内部脱气进入大气层的时间轴。在岩浆海洋凝固结束时，行星最初挥发物预算的最大部分被脱气到大气中，只有一小部分原始挥发物通过后来的火山活动被释放到大气中。岩石行星在其地幔中与水共生，有两种机制产生早期的水海洋：第一，如果它们在其整体组成中与至少1至3质量%的水共生，则液态水可能在岩浆海洋凝固结束时被挤出到行星表面。第二，在初始水含量低至0.01质量%或更低时，在固化过程中产生大量的超临界流体和蒸汽气氛，其在冷却时坍塌成水海洋。这一过程所需的低含水量表明，岩石超级地球系外行星可能会在其最后一次主要吸积撞击后的数千万至数亿年内，通过大气层的崩溃，通常会产生水海洋。
2010-11-11 astro-ph.EP
The Interior Dynamics of Water Planets
探测到的超级地球的目录不断扩大，需要在大量水层的情况下对其属性进行理论研究。这项工作考虑这样的水行星的质量和水团的质量分数（2至5 M_地球，0.02%至50% H2 O）的范围。首先，我们模拟的热量和动力学结构的近表面的冰和海洋表面，找到单独的制度，预计地球将保持一个地下液体海洋，并在那里预计将展示冰构造。根据对地面温度、热通量和重力的估计，新发现的系外行星可能属于这些区域之一。其次，我们构建了一个参数化的对流模型的底层冰地幔的更高的冰相，发现从硅酸盐铁核心释放的物质应该穿越冰地幔的时间尺度为0.1至100兆年。给出了冰幔翻转时间和行星半径对总质量和水团质量分数的依赖关系。最后，我们讨论了这些内部过程对大气观测的影响。
2010-01-17 astro-ph.EP
Redox state and interior structure control on the long-term habitability of stagnant-lid planets
本文通过超过28万次一维耦合模拟，研究停滞盖层行星的地幔氧化还原状态和内部结构如何控制火山排气与地表水的长期维持，发现仅铁-方铁矿缓冲剂附近的狭窄氧化还原范围以及类水星大核结构有利于长期宜居。
2023-06-08 astro-ph.EP
The influence of bulk composition on long-term interior-atmosphere evolution of terrestrial exoplanets
目的：类地行星的次级大气层是在地质时期与内部相互作用的结果而形成和演变的。我们的目标是量化的影响，行星的整体组成的内部-地球大小的类地行星的大气演化，以帮助解释未来的观测地球系外行星的大气。研究方法：我们使用的地球化学模型，以确定主要元素组成的行星内部（MgO，FeO和SiO2）的岩浆海洋结晶后，行星形成，预测的组成配置文件的内部作为我们的长期热演化模型的初始条件。我们的一维演化模型预测的压力-温度结构的内部，我们用来评估近表面的熔体生产和随后的挥发性放气。挥发物根据质量守恒在内部和大气之间交换。结果如下：基于Hypatia目录中报告的恒星组成，我们预测大约一半的岩石系外行星具有作为单层对流（全地幔对流）的地幔，另一半由于存在中地幔成分边界而表现出双层对流。双层对流是更有可能的行星与高块体行星铁含量和低镁/硅比。我们发现，低Mg/Si比的行星往往冷却缓慢，因为它们的地幔粘度高。因此，低Mg/Si的行星也倾向于通过广泛的熔化迅速失去挥发物。此外，岩石圈的动力学机制（板块构造与停滞盖）对热演化和挥发物循环具有一级影响。这些结果表明，地球外行星大气的组成可以提供信息的动力学制度的岩石圈和内部的热化学演化。
2020-10-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
Long Term Planetary Habitability and the Carbonate-Silicate Cycle
传统上，通过确定系外行星的轨道是否落在其恒星的拱星“宜居带”内来评估系外行星的潜在宜居性，拱星“宜居带”被定义为水在行星表面可能是液体的距离（Kopparapu等人，2013年）。传统上，这些限制是由辐射对流气候模式确定的，这些模式用于预测用户指定的温室气体水平下的地面温度。这种方法忽略了拟议化学丰度的（生物）地球化学可解释性这一重要问题。二氧化碳是地球大气层中最重要的温室气体，在调节地球温度方面，其长期浓度受火山放气与通过化学风化和沉积作用封存的二氧化碳之间的平衡控制，并受海洋化学、循环和生物（微生物）生产力的调节。我们开发了一个模型，结合地球的短期和长期的地球化学碳循环的关键方面，以探讨由于行星大小和恒星日照的变化，在二氧化碳温室的潜在变化。我们发现，拟议中的全球地形，构造和水文循环的较大的行星上的结果成比例地更大的地面温度为一个给定的入射通量的变化。对于0.5到2 R_地球的行星，这些变化的影响导致全球平均地面温度偏差高达20 K，这表明这些关系必须考虑在未来的行星可居住性的研究。
2018-05-17 astro-ph.EP
Growth and evolution of secondary volcanic atmospheres: I. Identifying the geological character of hot rocky planets
在许多情况下，地球和超级地球大小的行星的地质只能通过它们的大气层来观察。在这里，我们调查次生火山大气作为大气如何反映行星地球化学的关键基础案例。我们耦合火山放气与大气化学模型来模拟热化学平衡下C-O-H-S-N大气的生长，重点是通过大气观测可以确定行星地幔fO $_2$和块状硅酸盐H/C比的信息。当地幔fO $_2$变化时，800 K火山大气形成了不同的成分组，这可以用一组（通常是次要的）指示种：O类，代表氧化地幔，含有SO $_2$和硫同素异形体; I类，由O $_2$的中间地幔形成，含有CO $_2$、CH $_4$、CO和COS;和R类，由还原地幔产生，含有H $_2$、NH $_3$和CH $_4$。这些大气类别对大范围的本体硅酸盐H/C比率具有鲁棒性。然而，H/C比率确实影响主要的大气成分，一旦化学成分稳定到不再随时间发生实质性变化的点，其可以在H $_2$、H $_2$ O和CO $_2$之间变化。这种最终的大气状态取决于地幔fO $_2$、H/C比和火山活动开始以来的时间。我们提出的大气类适合于热系外行星的封闭系统生长，并可用作未来研究的简单基础，探索其他开放系统过程对次级火山大气的影响。
2022-06-27 astro-ph.EP physics.geo-ph
