Останні кілька років відбувся вибух відкриттів екзопланет. Деякі з цих світів знаходяться в тому, що ми вважаємо "житловою зоною", принаймні за попередніми спостереженнями. Але скільки з них матимуть життєзабезпечувальну атмосферу, збагачену киснем, у тому ж жилі, що і Земля?
Нове дослідження припускає, що атмосфера, що дихає, може бути не такою рідкісною, як ми думали на планетах, старих Землі.
Землі знадобилося багато часу, щоб виробити атмосферу з киснем, якою ми насолоджуємося зараз. Приблизно до 2,4 мільярдів років тому наша планета мала набагато менше кисню в своїй атмосфері та океанах. Все змінилося, коли відбулася велика подія оксигенації; перший із трьох, що сформували Землю.
Триступенева модель оксигенації Землі досить широко зрозуміла та прийнята, хоча це не без суперечок. Модель окреслює три основні зрушення в історії Землі, кожен з яких суттєво змінює атмосферу Землі, додаючи більше кисню.
Ці три події:
- Велика подія окислення сталася приблизно 2,4 мільярда років тому в епоху палеопротерозою. У цьому випадку біологічно вироблений кисень, накопичений у Світовому океані та атмосфері, ймовірно, призведе до початкового масового вимирання.
- Подія неопротерозойної кисню відбулося різке зростання рівня кисню і передувало Камбрійському вибуху близько 540 мільйонів років тому.
- Подія палеозойської кисню відбулася близько 400 мільйонів років тому, і кисень досяг 21%.
Історія оксигенації Землі є складною. Це не була лінійна прогресія. Спочатку кисень утворювався як побічний продукт від життєвих форм, і значну частину його поглинала земна кора. Кисень є високореакційним, і він утворює всілякі сполуки з іншими елементами і замикається в корі. Зокрема, він реагував із залізом, щоб отримати оксид заліза в геологічному записі, один з найкращих показників того, коли кисень потрапив в атмосферу.
Однак навколо цієї моделі існує багато дискусій. Згідно з одним із розумінь цієї моделі, фотосинтетичні бактерії в океані виробляли велику частину раннього кисню. Потім наземні планети зійшли сотні мільйонів років пізніше, знову підвищивши рівень кисню. Також є дані, що тектоніка плит та масивні виверження вулканів грали певну роль.
У статті авторів цього нового дослідження зазначено, що ця модель передбачає, що для створення світу, збагаченого киснем, потрібен певний рівень удачі. "Якщо не відбулося одного виверження вулкана або не розвинувся певний тип організму, то кисень, можливо, затримався на низькому рівні", - йдеться в повідомленні.
Але, можливо, це не так.
Їх нове дослідження має назву «Поетапна оксигенація Землі - притаманна властивість глобального біогеохімічного кругообігу», і тут ключовим є слово «притаманна». Автори стверджують, що колись у нас були правильні мікроби та тектоніка плит, які були створені 3 мільярди років тому, це було лише питання часу, коли ми досягнемо рівня кисню, який ми маємо зараз. Незалежно від вулканів і наземних рослин.
“Це дослідження справді перевіряє наше розуміння того, як Земля стала багатою киснем і, таким чином, здатна підтримувати розумне життя.“
Льюїс Олкотт, провідний автор Інституту досліджень земної поверхні, Університет Лідса.
Замість зовнішніх сил, як свідчить дослідження, "сукупність внутрішніх зворотних зв'язків, що включають глобальний цикл фосфору, вуглецю та кисню", призвела до оксигенації Землі. Фактично, ці цикли мали б "створити ту саму тришагову схему, яку спостерігали в геологічному записі".
Все зводиться до цього з статті: "Ми робимо висновок, що події оксигенації Землі повністю відповідають поступовому оксигенації планетарної поверхні після еволюції кисневого фотосинтезу".
Але як вони дійшли такого висновку?
Дослідники з Університету Лідса у Великобританії. Головний автор - Льюїс Дж. Алкотт, докторант, що базується в Інституті наукових досліджень Землі. Алкотт та інші дослідники працювали над усталеною моделлю морської біогеохімії та модифікували її. Вони провели цю модель по всій історії Землі і виявили, що вона сама по собі виробила три основні події оксигенації.
У прес-релізі Алкотт сказав: "Це дослідження справді перевіряє наше розуміння того, як Земля стала багатою киснем і, таким чином, здатна підтримувати розумне життя".
Домінуюче мислення, що стоїть за історією оксигенації Землі, пояснює це декількома категоріями подій. Один - це основні еволюційні зрушення у життєвих формах, які виробляють кисень. В основному "біологічні революції", де форми життя ставали прогресивно складнішими і створювали середовище, збагачене киснем. Друга категорія - тектонічні обороти: різке і особливе збільшення тектонічної активності, включаючи значну вулканічну активність, що змінило земну кору і призвело до підвищення рівня кисню.
Про те, що стосується обох цих широких категорій, було багато дискусій, але це нове дослідження дає вченим щось більше задуматися. Замість того, щоб покладатися на "поетапні" події, які можна визначити в геологічному записі для пояснення оксигенації, нове дослідження вказує на цикли зворотного зв'язку між фосфором, вуглецем та киснем.
Дослідження також припускає, що оксигенація була неминучою.
Співавтор дослідження, професор Саймон Поултон, також зі школи Землі та довкілля в Лідсі, сказав: "Наша модель припускає, що оксигенація Землі до рівня, який може підтримувати складне життя, була неминучою, коли мікроби, що виробляють кисень, еволюціонували. "
В основі цієї нової моделі лежить морський фосфорний цикл. Їх модель виробила ту ж саму триступеневу схему оксигенації, яку зазнала Земля, «коли рухається виключно поступовим переходом від відновлення до окислювальних поверхневих умов. Переходи обумовлені тим, як морський цикл фосфору реагує на зміну рівня кисню, і як це впливає на фотосинтез, який вимагає фосфору. "
"Наша робота показує, що взаємозв'язок між циклами фосфору, вуглецю та кисню є основоположним для розуміння історії оксигенації Землі. Це може допомогти нам краще зрозуміти, як планета, крім нашої, може стати мешкаючою », - сказав старший автор доктор Бенджамін Міллс.
Тож є надія на деякі з цих екзопланет.
Це дослідження не буде остаточним словом з цього питання. Але це інтригуючий результат, і якщо він виступає перед подальшим науковим вивченням, це може вплинути на те, як ми характеризуємо вже знайдені екзопланети, і ще тисячі, які ми знайдемо разом з TESS та іншими майбутніми телескопами для пошуку планет.
Більше:
- Прес-реліз: Вдихнути нове життя в дебати про кисень Землі
- Дослідницький документ: Поетапна оксигенація Землі є властивою світовим біогеохімічним кругообігом
- Стаття: Дихаюча атмосфера може зустрічатися у Всесвіті, ніж ми думали спочатку
- Дослідницький документ (2014): Підвищення кисню в ранньому океані та атмосфері Землі
