V zadnjih nekaj letih je prišlo do eksplozije eksoplanetnih odkritij. Nekateri od teh svetov so, vsaj v predhodnih opažanjih, v tistem, kar se nam zdi "bivalno območje". Toda koliko od njih bo imelo vodo, ki podpirajo življenje, kisik v isti žili kot Zemlje?
Nova študija kaže, da atmosfere, ki dihajo, morda niso tako redke, kot smo mislili na planetih, starih kot Zemlja.
Zemlji je bilo potrebno veliko časa, da se je razvila oksigenirana atmosfera, ki jo uživamo zdaj. Do približno 2,4 milijarde let je imel naš planet v ozračju in oceanih veliko manj kisika. Vse se je spremenilo, ko se je zgodil večji dogodek oksigenacije; prvi od treh, ki so oblikovali Zemljo.
Tristopenjski model oksigenacije Zemlje je dokaj široko razumljen in sprejet, čeprav ni brez polemike. Model prikazuje tri glavne premike v Zemljini zgodovini, pri čemer vsak bistveno spremeni Zemljino atmosfero z dodajanjem več kisika.
Trije dogodki so bili:
- Dogodki velikega oksidacije so se zgodili pred približno 2,4 milijarde let v obdobju paleoproterozoika. V tem primeru se biološko proizveden kisik, nakopičen v oceanih in atmosferi, verjetno privede do začetnega množičnega izumrtja.
- Dogodek neoproterozojske oksigenacije je močno dvignil raven kisika in je pred eksplozijo v Kambriji pred približno 540 milijoni let.
- Dogodek paleozojske oksigenacije se je zgodil pred približno 400 milijoni let in kisik je dosegel svojo trenutno okoli 21%.
Zgodovina oksigenacije Zemlje je zapletena. To ni bila linearna progresija. Sprva je bil kisik proizveden kot stranski stranski proizvod v življenjskih oblikah, velik del tega pa je absorbirala Zemljina skorja. Kisik je zelo reaktiven, zato je z drugimi elementi tvoril vse vrste spojin in se zapiral v skorjo. Zlasti je reagiral z železom, da je ustvaril železov oksid v geološkem zapisu, ki je eden naših najboljših kazalcev, kdaj je kisik vstopil v ozračje.
Vendar se o tem modelu veliko razpravlja. Po enem razumevanju modela so fotosintetske bakterije v oceanu proizvajale velik del zgodnjega kisika. Nato so se na stotine milijonov let pozneje pojavili zemeljski planeti in spet dvignili raven kisika. Obstajajo tudi dokazi, da je igrala vlogo tektonika plošč in množični izbruhi vulkanov.
Članek avtorjev te nove študije pravi, da ta model pomeni, da je za ustvarjanje sveta, bogatega s kisikom, potrebna določena sreča. "Če se ne bi zgodila ena vulkanska izbruh ali se določena vrsta organizma ne bi razvila, bi lahko kisik zastajal na nizkih nivojih," pravi.
Mogoče pa to ni tako
Njihova nova študija je z naslovom "Postopna oksigenacija Zemlje neločljiva lastnost globalnega biogeokemičnega kolesarjenja", pri čemer je ključna beseda "inherentna". Avtorji pravijo, da ko smo nekoč imeli prave mikrobe in tektoniko plošč, ki sta bili ustanovljeni pred 3 milijardami let, je bilo le vprašanje časa, kdaj bomo dosegli raven kisika, ki ga imamo zdaj. Ne glede na vulkane in kopenske rastline.
“Ta raziskava resnično preizkuša naše razumevanje, kako je Zemlja postala bogata s kisikom in s tem sposobna podpirati inteligentno življenje.“
Lewis Alcott, vodilni avtor, Inštitut za zemeljske površine, Univerza v Leedsu.
Kot kaže študija, je "niz notranjih povratnih informacij, ki vključujejo globalni cikel fosforja, ogljika in kisika", povzročil oksigenacijo Zemlje. Dejansko bi ti cikli "ustvarili enak tristopenjski vzorec, ki ga opazimo v geološkem zapisu."
Vse to izhaja iz prispevka: "Sklepamo, da so dogodki oksigenacije Zemlje v celoti skladni s postopnim oksigenacijo planetarne površine po evoluciji kisikove fotosinteze."
Toda kako so prišli do tega zaključka?
Raziskovalci so z univerze Leeds v Veliki Britaniji. Glavni avtor je Lewis J. Alcott, doktorski študent s sedeža na Inštitutu za zemeljske površine. Alcott in drugi raziskovalci so sodelovali z dobro uveljavljenim modelom morske biogeokemije in ga spreminjali. Ta model so vodili po vsej Zemljini zgodovini in ugotovili, da je sam povzročil tri glavne dogodke s kisikom.
Alcott je v izjavi za javnost dejal: "Ta raziskava resnično preizkuša naše razumevanje, kako je Zemlja postala bogata s kisikom in s tem sposobna podpirati inteligentno življenje."
Prevladujoče razmišljanje, ki stoji za zgodovino Zemlje o oksigenaciji, se opira na nekaj širokih kategorij dogodkov. Eden od njih je velik razvojni razvoj življenjskih oblik, ki proizvajajo kisik. V bistvu so "biološke revolucije", kjer so življenjske oblike postale postopno bolj zapletene in oblikovale okolje, bogato s kisikom. Druga kategorija so tektonske revolucije: dramatično in posebno povečanje tektonske aktivnosti, vključno s pomembno vulkansko aktivnostjo, ki je spremenilo skorjo in vodilo do večje ravni kisika.
O točni naravi obeh širokih kategorij je bilo veliko razprav, vendar ta nova študija daje znanstvenikom nekaj več, da razmišljajo. Namesto da bi se zanašali na "postopne" dogodke, ki jih je mogoče v geološkem zapisu določiti za razlago oksigenacije, nova študija opozarja na povratne cikle med fosforjem, ogljikom in kisikom.
Študija tudi kaže, da je bila oksigenacija neizogibna.
Soavtor študije, profesor Simon Poulton, prav tako iz šole Zemlje in okolja v Leedsu, je dejal: "Naš model kaže, da bi bila kisika Zemlje do stopnje, ki lahko vzdržuje zapleteno življenje, neizogibna, ko so se razvili mikrobi, ki proizvajajo kisik. ”
V središču tega novega modela je morski fosforni cikel. Njihov model je ustvaril enak tristopenjski vzorec oksigenacije, ki ga je Zemlja doživela, »ko ga skozi čas poganja zgolj postopni premik od zmanjšanja na površinsko stanje oksidacije. Prehodi potekajo tako, kot se morski cikel fosforja odziva na spreminjajoče se ravni kisika in kako to vpliva na fotosintezo, za katero je potreben fosfor. "
„Naše delo kaže, da je razmerje med svetovnimi cikli fosforja, ogljika in kisika bistveno za razumevanje zgodovine oksigenacije Zemlje. To bi nam lahko pomagalo, da bi bolje razumeli, kako lahko drug planet, kot je naš, postane naseljen, "je dejal visoki avtor dr. Benjamin Mills.
Tako da upamo še na nekatere od teh eksoplanetov.
Ta študija ne bo zadnja beseda. Toda to je zanimiv rezultat, in če bo spodbudil nadaljnji znanstveni pregled, lahko vpliva na to, kako označujemo eksoplanete, ki smo jih že našli, in tisoče, ki jih bomo našli pri TESS in drugih prihodnjih teleskopih za iskanje planetov.
Več:
- Sporočilo za javnost: Vdahnite novo življenje v Zemljino razpravo o kisiku
- Raziskovalni članek: Postopna oksigenacija Zemlje je lastna lastnost globalnega biogeokemičnega kolesarjenja
- Članek: Atmosfere, ki dihajo, so morda v vesolju pogostejše, kot smo mislili
- Raziskovalni članek (2014): Povečanje kisika v Zemljinem zgodnjem oceanu in atmosferi
