През последните няколко години имаше експлозия от открития на екзопланети. Някои от тези светове са в онова, което ние считаме за „обитаема зона“, поне в предварителни наблюдения. Но колко от тях ще имат поддържаща живота атмосфера, богата на кислород, в същата вена като Земята?
Ново проучване предполага, че дишащата атмосфера може да не е толкова рядка, колкото сме мислили на планети, стари колкото Земята.
Земята отне много време, за да развие кислородната атмосфера, на която се наслаждаваме сега. До преди около 2,4 милиарда години нашата планета имаше много по-малко кислород в своята атмосфера и океани. Всичко се промени, когато се случи голямо събитие с кислород; първата от трите, които оформиха Земята.
Триетапният модел на оксигенация на Земята е доста широко разбран и приет, въпреки че не е без спор. Моделът очертава три основни промени в земната история, като всеки от тях съществено променя земната атмосфера, като добавя повече кислород.
Трите събития бяха:
- Голямото окислително събитие се е случило преди около 2,4 милиарда години през епохата на палеопротерозой. В този случай биологично произвежданият кислород, натрупан в океаните и атмосферата, вероятно води до първоначално масово изчезване.
- Неопротерозойното оксигенационно събитие отбеляза драстично покачване на нивата на кислород и предшества камбрийската експлозия преди около 540 милиона години.
- Събитието на палеозойската кислород се случи преди около 400 милиона години и видях, че кислородът достига сегашното си ниво от около 21%.
Историята на оксигенацията на Земята е сложна. Това не беше линейна прогресия. Отначало кислородът се произвеждаше като отпадъчен страничен продукт от жизнените форми и голяма част от него се абсорбира от земната кора. Кислородът е силно реактивен и образува всевъзможни съединения с други елементи и се заключва в коричката. По-специално, той реагира с желязо, за да произведе железен оксид в геоложкия запис, един от най-добрите ни показатели за това кога кислородът е навлязъл в атмосферата.
Въпреки това има много дебати около този модел. Според едно разбиране на модела, фотосинтетичните бактерии в океана произвеждат голяма част от ранния кислород. Тогава наземните планети се появиха на стотици милиони години по-късно, като отново повишиха нивото на кислорода. Има доказателства също, че тектониката на плочите и масивните вулканични изригвания играят роля.
В статия на авторите на това ново изследване се казва, че този модел предполага, че за създаването на богат на кислород свят е необходимо определено ниво на късмет. „Ако не се е случило едно изригване на вулкан или определен тип организъм не се е развил, тогава кислородът може да е заседнал на ниски нива“, се казва в него.
Но може би това не е така
Новото им изследване е озаглавено „Постепенната оксигенация на Земята е присъщо свойство на глобалното биогеохимично колоездене“ и думата „присъща“ е ключова тук. Авторите казват, че след като имахме правилните микроби и тектониката на плочите, които бяха създадени преди 3 милиарда години, беше само въпрос на време преди да достигнем нивото на кислорода, което имаме сега. Независимо от вулканите и сухопътните растения.
“Това изследване наистина тества нашето разбиране за това как Земята е станала богата на кислород и по този начин е в състояние да поддържа интелигентен живот.“
Люис Алкот, главен автор, Институт за наука за повърхността на Земята, Университета в Лийдс.
В проучването се казва, че вместо външни сили, „набор от вътрешни реакции, включващи глобалния цикъл на фосфор, въглерод и кислород“, доведе до оксигенация на Земята. Всъщност тези цикли биха „създали същия модел от три стъпки, наблюдаван в геоложкия запис“.
Всичко се свежда до това, от статията: „Заключваме, че събитията на оксигенацията на Земята са изцяло в съответствие с постепенното оксигениране на планетарната повърхност след еволюцията на кислородната фотосинтеза.“
Но как стигнаха до това заключение?
Изследователите са от университета в Лийдс във Великобритания. Водещ автор е Люис Дж. Алкот, докторант със седалище в Института за наука на повърхността на Земята. Алкот и другите изследователи работеха с утвърден модел на морска биогеохимия и го модифицираха. Те прокараха този модел в цялата земна история и откриха, че той произвежда трите основни събития на кислород сам.
В прессъобщение Алкот казва: „Това изследване наистина тества нашето разбиране за това как Земята е богата на кислород и по този начин е в състояние да поддържа интелигентен живот.“
Доминиращото мислене зад историята на оксигенацията на Земята разчита на няколко широки категории събития, за да я обясни. Едната е основна еволюционна разработка във форми на живот, които произвеждат кислород. По същество „биологични революции“, където формите на живот стават постепенно по-сложни и създават среда, богата на кислород. Втората категория са тектонските обороти: драматично и особено увеличаване на тектоничната активност, включително значителна вулканична активност, която промени кората и доведе до по-големи нива на кислород.
Имаше много дебати около точния характер на двете широки категории, но това ново проучване дава на учените още нещо за размисъл. Вместо да разчита на „стъпаловидни“ събития, които могат да бъдат отбелязани в геоложкия запис за обяснение на оксигенацията, новото проучване сочи цикли на обратна връзка между фосфор, въглерод и кислород.
Проучването също така предполага, че оксигенацията е била неизбежна.
Съавторът на проучването проф. Саймън Поултън, също от училището на Земята и околната среда в Лийдс, казва: „Нашият модел предполага, че окислението на Земята до ниво, което може да поддържа сложен живот, е било неизбежно, след като микробите, които произвеждат кислород, са се развили. "
В основата на този нов модел е морският фосфорен цикъл. Техният модел произвежда същият тристепенен модел на оксигенация, който Земята преживява, „когато се движи единствено от постепенно преминаване от редуциране към окислителни повърхностни условия във времето. Преходите се задвижват от начина, по който морският фосфорен цикъл реагира на променящите се нива на кислород и как това влияе на фотосинтезата, която изисква фосфор. "
„Нашата работа показва, че връзката между глобалния цикъл на фосфор, въглерод и кислород е основна за разбирането на историята на оксигенацията на Земята. Това би могло да ни помогне да разберем по-добре как друга планета, различна от нашата, може да стане обитаема “, каза старши автор д-р Бенджамин Милс.
Така че има надежда за някои от тези екзопланети все още.
Това проучване няма да бъде последната дума по въпроса. Но това е интригуващ резултат и ако отстоява по-нататъшен научен контрол, това може да повлияе на това как ние характеризираме екзопланетите, които вече сме открили, и хилядите още, които ще открием с TESS и други бъдещи телескопи за намиране на планети.
Повече ▼:
- Прессъобщение: Вдъхнете нов живот в дебата за кислорода на Земята
- Изследователска книга: Постепенната оксигенация на Земята е присъщо свойство на глобалното биогеохимично колоездене
- Статия: Дишащите атмосфери може да са по-често срещани във Вселената, отколкото първоначално сме мислили
- Изследователска книга (2014): Повишаването на кислорода в ранния океан и атмосфера на Земята
