Dažos pēdējos gados eksoplanētu atklājumu eksplozija ir notikusi. Dažas no šīm pasaulēm atrodas tajā, ko mēs uzskatām par “apdzīvojamo zonu”, vismaz sākotnējos novērojumos. Bet cik daudziem no viņiem būs dzīvību uzturoša, ar skābekli bagāta atmosfēra, kas atrodas tajā pašā virzienā kā Zeme?
Jauns pētījums liecina, ka elpojošā atmosfēra varētu nebūt tik reta, kā mēs domājām uz planētām, kas ir tik senas kā Zeme.
Zemei bija nepieciešams ilgs laiks, lai attīstītu skābekļa piesātinātu atmosfēru, par kuru mēs tagad priecājamies. Pirms apmēram 2,4 miljardiem gadu mūsu planētas atmosfērā un okeānos bija daudz mazāk skābekļa. Tas viss mainījās, kad notika liels skābekļa atgadījums; pirmais no trim, kas veidoja Zemi.
Zemes skābekļa trīspakāpju modelis ir diezgan plaši saprotams un pieņemts, lai gan tas nav bez strīdiem. Modelis izklāsta trīs galvenās izmaiņas Zemes vēsturē, un katra no tām būtiski maina Zemes atmosfēru, pievienojot vairāk skābekļa.
Trīs notikumi bija:
- Lielais oksidācijas notikums notika pirms aptuveni 2,4 miljardiem gadu paleoproterozoiskā laikmeta laikā. Šajā gadījumā okeānos un atmosfērā uzkrājies bioloģiski ražots skābeklis, kas, iespējams, noved pie sākotnējās masveida izmiršanas.
- Neoproterozoiskā oksigenācijas notikums piedzīvoja dramatisku skābekļa līmeņa paaugstināšanos, un tas notika pirms Kambrijas eksplozijas aptuveni pirms 540 miljoniem gadu.
- Paleozoiskā oksigenācijas notikums notika pirms apmēram 400 miljoniem gadu, un skābeklis sasniedza pašreizējo līmeni - aptuveni 21%.
Zemes skābekļa vēsture ir sarežģīta. Tā nebija lineāra progresija. Sākumā dzīvības formas skābekli ražoja kā atkritumu blakusproduktu, un lielu daļu no tā absorbēja Zemes garoza. Skābeklis ir ļoti reaģējošs, un tas veidoja visu veidu savienojumus ar citiem elementiem un nostiprinājās garozā. Īpaši tas reaģēja ar dzelzi, lai ģeoloģiskajā dokumentācijā iegūtu dzelzs oksīdu, kas ir viens no labākajiem rādītājiem par to, kad skābeklis nonāk atmosfērā.
Tomēr par šo modeli notiek daudz diskusiju. Saskaņā ar vienu modeļa izpratni, fotosintēzes baktērijas okeānā ražoja lielu daļu agrīnā skābekļa. Tad simtiem miljonu gadu vēlāk nāca sauszemes planētas, atkal paaugstinot skābekļa līmeni. Ir arī pierādījumi, ka liela loma bija plākšņu tektonikai un masīvajiem vulkānu izvirdumiem.
Šī jaunā pētījuma autoru rakstā teikts, ka šis modelis nozīmē, ka, lai izveidotu pasauli, kas bagāta ar skābekli, ir nepieciešams noteikts veiksmes līmenis. "Ja nebūtu noticis viens vulkāna izvirdums vai nebūtu attīstījies noteikta veida organisms, skābeklis varētu būt apstājies zemā līmenī," teikts.
Bet varbūt tas tā nav.
Viņu jaunais pētījums saucas “Pakāpeniska Zemes oksigenēšana ir globālās bioģeoķīmiskās cikliskuma neatņemama īpašība”, un šeit galvenais ir vārds “raksturīgais”. Autori saka, ka savulaik mums bija pareizie mikrobi un plātņu tektonika, kas abi tika izveidoti pirms 3 miljardiem gadu, tas bija tikai laika jautājums, pirms mēs sasniedzām skābekļa līmeni, kāds mums ir tagad. Neatkarīgi no vulkāniem un sauszemes augiem.
“Šis pētījums patiešām pārbauda mūsu izpratni par to, kā Zeme kļuva bagāta ar skābekli un tādējādi spēja atbalstīt saprātīgu dzīvi.“
Lūiss Alkots, Līdsas Universitātes Zemes virsmas zinātnes institūta vadošais autors.
Kā teikts pētījumā, nevis ārējie spēki, tas bija “iekšējo atgriezenisko saikņu kopums, kurā iesaistīti globālie fosfora, oglekļa un skābekļa cikli” un kas noveda pie Zemes skābekļa padeves. Faktiski šie cikli būtu “izveidojuši to pašu trīspakāpju modeli, kas novērots ģeoloģiskajā dokumentācijā”.
Tas viss no tā izriet, no papīra: "Mēs secinām, ka Zemes oksigenācijas notikumi pilnībā atbilst planētas virsmas pakāpeniskai oksigenēšanai pēc skābekļa fotosintēzes evolūcijas."
Bet kā viņi nonāca pie šāda secinājuma?
Pētnieki ir no Līdsas universitātes Lielbritānijā. Vadošais autors ir Lūiss Dž. Alkots, doktorants, kurš atrodas Zemes virsmas zinātnes institūtā. Alkots un citi pētnieki strādāja ar vispāratzītu jūras bioģeoķīmijas modeli un to pārveidoja. Viņi izmantoja šo modeli visā Zemes vēsturē un secināja, ka tas pats par sevi rada trīs galvenos oksigenācijas notikumus.
Preses paziņojumā Alkots sacīja: "Šis pētījums patiešām pārbauda mūsu izpratni par to, kā Zeme kļuva bagāta ar skābekli un tādējādi spēja atbalstīt saprātīgu dzīvi."
Zemes oksidācijas vēstures dominējošā domāšana balstās uz pāris plašām notikumu kategorijām, lai to izskaidrotu. Viens no tiem ir dzīvības formu, kas ražo skābekli, galvenās evolūcijas norises. Būtībā “bioloģiskās revolūcijas”, kurās dzīvības formas arvien sarežģītākas un veidoja skābekli bagātu vidi. Otrā kategorija ir tektoniskās apgriezieni: dramatisks un īpašs tektoniskās aktivitātes pieaugums, ieskaitot ievērojamu vulkānisko aktivitāti, kas mainīja garoza un izraisīja lielāku skābekļa līmeni.
Bija daudz diskusiju par abu šo plašo kategoriju precīzo raksturu, taču šis jaunais pētījums dod zinātniekiem kaut ko vairāk padomāt. Tā vietā, lai paļautos uz “pakāpeniskiem” notikumiem, kurus var precīzi noteikt ģeoloģiskajā dokumentācijā, lai izskaidrotu skābekļa daudzumu, jaunais pētījums norāda uz atgriezeniskās saites cikliem starp fosforu, oglekli un skābekli.
Pētījums arī liek domāt, ka oksigenācija bija neizbēgama.
Pētījuma līdzautors profesors Saimons Pultons, arī no Līdsas Zemes un vides skolas, sacīja: “Mūsu modelis liek domāt, ka Zemes skābekļa līmeņa paaugstināšana līdz līmenim, kas var uzturēt sarežģītu dzīvi, bija neizbēgama, tiklīdz bija attīstījušies mikrobi, kas ražo skābekli. ”
Šī jaunā modeļa centrā ir jūras fosfora cikls. Viņu modelis radīja to pašu trīs pakāpju skābekļa modeli, kuru piedzīvoja Zeme, “ja to virzīja tikai pakāpeniska pāreja no reducēšanās uz virsmas oksidēšanu laika gaitā. Pārejas nosaka tas, kā jūras fosfora cikls reaģē uz mainīgajiem skābekļa līmeņiem, un kā tas ietekmē fotosintēzi, kam nepieciešams fosfors. ”
“Mūsu darbs parāda, ka saiknei starp pasaules fosfora, oglekļa un skābekļa cikliem ir būtiska nozīme, lai izprastu Zemes skābekļa veidošanās vēsturi. Tas varētu mums palīdzēt labāk izprast, kā apdzīvojama var būt cita planēta, nevis mūsu pašu, ”sacīja vecākais autors Dr. Benjamīns Mills.
Tāpēc vēl ir cerība uz dažām no šīm eksoplanetām.
Šis pētījums nebūs pēdējais vārds šajā jautājumā. Bet tas ir intriģējošs rezultāts, un, ja tas izturēsies pret turpmāku zinātnisku izpēti, tas var labi ietekmēt to, kā mēs raksturojam jau atrastās eksoplanetes un vēl tūkstošus, ko mēs atradīsim ar TESS un citiem nākotnes planētu meklēšanas teleskopiem.
Vairāk:
- Preses relīze: Jaunās dzīves ieelpošana Zemes skābekļa debatēs
- Pētniecības raksts: Pakāpeniski Zemes skābekļa padeve ir neatņemama globālās bioģeoķīmiskās cikliskās īpašības
- Raksts: Elpojoša vide var būt biežāka Visumā, nekā mēs sākotnēji domājām
- Pētniecības dokuments (2014): Skābekļa līmeņa paaugstināšanās Zemes agrīnajā okeānā un atmosfērā
