Posljednjih nekoliko godina došlo je do eksplozije otkrića egzoplaneta. Neki od tih svjetova nalaze se u onome što smatramo „naseljenom zonom“, barem u preliminarnim zapažanjima. Ali koliko će od njih imati atmosferu bogatu kisikom koja podržava život, u istim venama kao i Zemlja?
Novo istraživanje sugerira da atmosfera koja diše možda nije rijetka kao što smo mislili na planetima starim kao Zemlja.
Zemlji je trebalo dugo vremena da razvije atmosferu sa kisikom u kojoj sada uživamo. Do prije otprilike 2,4 milijarde godina, naš je planet imao mnogo manje kisika u svojoj atmosferi i oceanima. Sve se to promijenilo kada se dogodio veliki događaj oksigenacije; prva od tri koja su oblikovala Zemlju.
Trostruki model oksigenacije Zemlje prilično je široko shvaćen i prihvaćen, iako nije bez prijepora. Model prikazuje tri glavna pomaka u Zemljinoj povijesti, a svaki od njih bitno mijenja Zemljinu atmosferu dodavanjem više kisika.
Tri događaja su bila:
- Veliki oksidacijski događaj dogodio se prije otprilike 2,4 milijarde godina tijekom paleoproterozojske ere. U ovom slučaju, biološki proizveden kisik nakupljen u oceanima i atmosferi, što vjerojatno dovodi do početnog masovnog izumiranja.
- Događaj neoproterozojske oksigenacije dramatično je porastao nivo kisika i prethodio je Kambrijskoj eksploziji prije oko 540 milijuna godina.
- Događaj paleozojske oksigenacije dogodio se prije oko 400 milijuna godina i vidio je da kisik doseže trenutnu razinu od oko 21%.
Povijest oksigenacije Zemlje je složena. To nije bila linearna progresija. Isprva je kisik nastao kao otpadni nusproizvod životnih oblika, a velik dio ga je apsorbirala Zemljina kora. Kisik je visoko reaktivan i tvorio je sve vrste spojeva s drugim elementima i zatvarao se u kore. Konkretno, ona je reagirala s željezom da bi se stvorio željezni oksid u geološkom zapisu, jedan od naših najboljih pokazatelja kada je kisik ušao u atmosferu.
Ipak, postoji dosta rasprava oko ovog modela. Prema jednom razumijevanju modela, fotosintetske bakterije u oceanu proizvele su velik dio ranog kisika. Tada su se planete na kopnu pojavile stotinama milijuna godina kasnije, opet podižući razinu kisika. Postoje i dokazi da su tektonika ploča i masovne vulkanske erupcije igrali ulogu.
Članak autora ove nove studije kaže da ovaj model podrazumijeva da je za stvaranje svijeta bogatog kisikom potrebna određena razina sreće. "Da se nije dogodila jedna vulkanska erupcija ili se određena vrsta organizma nije razvila, tada bi kisik mogao zastati na niskim razinama", piše u.
Ali to možda nije tako
Njihova nova studija naslovljena je "Stepenasta oksigenacija Zemlje inherentno je svojstvo globalnog biogeokemijskog biciklizma", a riječ "svojstveno" je ovdje ključna. Autori kažu da smo jednom imali prave mikrobe i tektoniku ploča, koji su uspostavljeni prije 3 milijarde godina, bilo je samo pitanje vremena kada ćemo dostići razinu kisika koju sada imamo. Bez obzira na vulkane i kopnene biljke.
“Ovo istraživanje zaista testira naše razumijevanje kako je Zemlja postala kisikom bogata i time sposobna podržati inteligentan život.“
Lewis Alcott, vodeći autor, Institut za znanost o površini Zemlje, Sveučilište Leeds.
Umjesto vanjskih sila, "istraživanja" govore da je "skup unutarnjih povratnih informacija koji uključuju globalni ciklus fosfora, ugljika i kisika" doveo do oksigenacije Zemlje. U stvari, ti bi ciklusi "proizveli isti obrazac u tri koraka koji je primijećen u geološkom zapisu".
Sve se svodi na to iz papira: "Zaključujemo da su zemljopisni događaji oksigenacije Zemlje u potpunosti u skladu s postupnim oksigenacijom planetarne površine nakon evolucije fotosinteze kisika."
Ali kako su došli do tog zaključka?
Istraživači su sa Sveučilišta Leeds u Velikoj Britaniji. Glavni autor je Lewis J. Alcott, doktorski studij sa sjedišta Instituta za površinske znanosti u zemlji. Alcott i ostali istraživači radili su na dobro utvrđenom modelu biogeokemije mora i modificirali ga. Vodili su taj model kroz čitavu Zemljinu povijest i otkrili da on stvara tri glavna događaja kisikova samog.
U priopćenju za medije Alcott je rekao: "Ovo istraživanje zaista testira naše razumijevanje kako je Zemlja postala bogata kisikom i time sposobna podržati inteligentan život."
Dominantno razmišljanje koje stoji iza Zemljine povijesti oksigenacije oslanja se na nekoliko širokih kategorija događaja kako bi to objasnilo. Jedan je glavni razvoj evolucije u oblicima života koji proizvode kisik. U osnovi "biološke revolucije", gdje su životni oblici postali progresivno složeniji i stvorili su okoliš bogat kisikom. Druga kategorija su tektonske revolucije: dramatično i posebno povećanje tektonske aktivnosti, uključujući značajnu vulkansku aktivnost, koje su promijenile koru i dovele do veće razine kisika.
Bilo je puno rasprava oko točne prirode obje široke kategorije, ali ova nova studija daje znanstvenicima nešto više za razmišljanje. Umjesto da se oslanja na "korak-mudre" događaje koji se u geološkom zapisu mogu označiti za objašnjenje oksigenacije, nova studija ukazuje na cikluse povratne sprege između fosfora, ugljika i kisika.
Studija također sugerira da je oksigenacija bila neizbježna.
Koautor studije, profesor Simon Poulton, također sa škole Zemlje i okoliša u Leedsu, rekao je: „Naš model sugerira da je oksigenacija Zemlje do razine koja može održavati složen život bila neizbježna, jednom kad su mikrobi koji proizvode kisik evoluirali. ”
U središtu ovog novog modela je ciklus morskog fosfora. Njihov je model proizveo isti obrazac oksigenacije u tri koraka koji je Zemlja doživjela „kada je vođena isključivo postupnim pomakom s vremenom na smanjenje oksidacijskih površinskih uvjeta. Prijelazi se upravljaju načinom na koji morski fosfor reagira na promjenu razine kisika i kako to utječe na fotosintezu, za što je potreban fosfor. "
„Naš rad pokazuje da je odnos između globalnog ciklusa fosfora, ugljika i kisika temeljni za razumijevanje povijesti oksigenacije Zemlje. Ovo bi nam moglo pomoći da bolje razumijemo kako planeta koja nije naša može postati naseljena ", rekao je stariji autor doktora Benjamin Mills.
Tako da još uvijek ima nade za neke od tih egzoplaneta
Ova studija neće biti konačna riječ po tom pitanju. Ali to je intrigantan rezultat, i ako se suprotstavi daljnjem znanstvenom nadzoru, može utjecati na to kako okarakteriziramo egzoplanete koje smo već pronašli, i tisuće njih koje ćemo pronaći uz TESS i druge buduće teleskope za pronalaženje planeta.
Više:
- Priopćenje za javnost: Udaranje novog života u raspravu o kisiku o Zemlji
- Istraživački rad: Postupno oksigenacija Zemlje svojstveno je svojstvo globalnog biogeokemijskog biciklizma
- Članak: Atmosfera koja diše može biti češća u svemiru nego što smo prvo mislili
- Istraživački rad (2014): porast kisika u Zemljinom ranom oceanu i atmosferi
