Per pastaruosius kelerius metus įvyko egzoplanetų atradimų sprogimas. Kai kurie iš šių pasaulių yra tame, kurį mes laikome „gyvenamąja zona“, bent jau išankstiniais pastebėjimais. Tačiau kiek iš jų yra gyvybiškai palaikančios, deguonies turtingos atmosferos, panašios į Žemę?
Naujas tyrimas rodo, kad kvėpuojanti atmosfera gali būti ne tokia reta, kaip mes manėme apie senas planetas kaip Žemė.
Žemė užtruko ilgai, kad sukurtų deguonies prisotintą atmosferą, kuria mėgaujamės dabar. Iki maždaug 2,4 milijardo metų mūsų planetoje buvo daug mažiau deguonies savo atmosferoje ir vandenynuose. Viskas pasikeitė, kai įvyko pagrindinis deguonies šalinimo įvykis; pirmasis iš trijų, suformavusių Žemę.
Trijų žingsnių Žemės deguonies suteikimo modelis yra gana plačiai suprantamas ir priimamas, tačiau jis nėra be ginčų. Šis modelis nusako tris pagrindinius Žemės istorijos poslinkius: kiekvienas iš jų iš esmės keičia Žemės atmosferą pridėdamas daugiau deguonies.
Trys įvykiai buvo:
- Didysis oksidacijos įvykis įvyko maždaug prieš 2,4 milijardo metų per paleoproterozoinę erą. Tokiu atveju vandenynuose ir atmosferoje susikaupia biologiškai pagamintas deguonis, dėl kurio masė iš pradžių gali išnykti.
- Neoproterozojaus deguonies atstatymo įvykis dramatiškai padidino deguonies lygį ir įvyko prieš Kambrijos sprogimą maždaug prieš 540 milijonų metų.
- Paleozoinio deguonies įvykis įvyko maždaug prieš 400 milijonų metų ir jo metu deguonis pasiekė dabartinį maždaug 21% lygį.
Žemės deguonies susidarymo istorija yra sudėtinga. Tai nebuvo tiesinė progresija. Iš pradžių deguonis kaip šalutinis produktas buvo gaminamas gyvybės pavidalu, o didelę jo dalį absorbavo Žemės pluta. Deguonis yra labai reaktyvus, jis su visais elementais sudarė įvairius junginius ir užsikimšo plutoje. Visų pirma, jis reagavo su geležimi, kad gautų geležies oksidą geologiniuose įrašuose - tai vienas geriausių mūsų rodiklių, kada deguonis pateko į atmosferą.
Tačiau apie šį modelį kyla daug diskusijų. Remiantis vienu modelio supratimu, vandenyne esančios fotosintetinės bakterijos gamina didžiąją dalį ankstyvojo deguonies. Tada sausumos planetos atsirado šimtus milijonų metų vėliau, vėl padidindamos deguonies lygį. Taip pat yra įrodymų, kad tam tikrą vaidmenį turėjo plokštelinė tektonika ir masiniai ugnikalnių išsiveržimai.
Šio naujo tyrimo autorių straipsnis sako, kad šis modelis reiškia, kad norint sukurti deguonies turtingą pasaulį, reikalingas tam tikras sėkmės lygis. „Jei nebūtų įvykęs vienas ugnikalnio išsiveržimas arba nebūtų išsivystę tam tikros rūšies organizmai, deguonis galėjo sustingti žemoje vietoje“, - sako jis.
Bet galbūt taip nėra.
Naujasis jų tyrimas pavadintas „Laipsniškas žemės deguonies tiekimas yra neatsiejama visuotinio biogeocheminio ciklo savybė“, o žodis „įgimtas" yra pagrindinis dalykas. Autoriai teigia, kad kažkada turėjome tinkamus mikrobus ir plokštelinę tektoniką, kurie abu buvo sukurti prieš 3 milijardus metų, tik laiko klausimas, kada mes pasiekėme deguonies lygį, kurį turime dabar. Nepriklausomai nuo ugnikalnių ir sausumos augalų.
“Šis tyrimas iš tikrųjų patikrina mūsų supratimą, kaip Žemė tapo turtinga deguonimi ir taip galėjo palaikyti protingą gyvenimą.“
Lewis Alcott, Leeds universiteto Žemės paviršiaus mokslo instituto vyriausiasis autorius.
Kaip rašoma tyrime, Žemės, o ne išorinių jėgų, „deguonies vidaus rinkinys, apimantis pasaulinius fosforo, anglies ir deguonies ciklus“, lėmė Žemės deguonies susidarymą. Tiesą sakant, šie ciklai būtų „sukūrę tą patį trijų žingsnių modelį, stebėtą geologiniame įraše“.
Viskas iš to išplaukia iš popieriaus: „Mes darome išvadą, kad Žemės deguonies įvykiai visiškai atitinka laipsnišką planetos paviršiaus deguonies susidarymą po deguoninės fotosintezės evoliucijos“.
Bet kaip jie priėjo prie tokios išvados?
Tyrėjai yra iš Lydso universiteto JK. Pagrindinis autorius yra Lewis J. Alcott, doktorantas, dirbantis Žemės paviršiaus mokslo institute. Alkottas ir kiti tyrėjai dirbo su nusistovėjusiu jūrų biogeochemijos modeliu ir jį modifikavo. Jie panaudojo tą modelį per visą Žemės istoriją ir nustatė, kad jis pats sukūrė tris pagrindinius deguonies šalinimo įvykius.
Pranešime spaudai Alkottas teigė: „Šis tyrimas iš tikrųjų patikrina mūsų supratimą, kaip Žemė tapo turtinga deguonimi ir taip galėjo palaikyti protingą gyvenimą“.
Žemės deguonies istorijoje vyraujantis mąstymas grindžiamas keliomis plačiomis įvykių kategorijomis, kad ją paaiškintų. Viena iš jų yra pagrindiniai gyvybės formų, kurios gamina deguonį, evoliucija. Iš esmės „biologinės revoliucijos“, kai gyvenimo formos vis sudėtingesnės ir sukuriama aplinka, kurioje gausu deguonies. Antroji kategorija yra tektoniniai apsisukimai: dramatiškas ir ypatingas tektoninio aktyvumo padidėjimas, įskaitant reikšmingą vulkaninį aktyvumą, kuris pakeitė plutą ir padidino deguonies kiekį.
Dėl tikslaus abiejų šių kategorijų pobūdžio buvo daug diskusijų, tačiau šis naujas tyrimas suteikia mokslininkams daugiau apie ką galvoti. Užuot rėmęsis „laipsniškais“ įvykiais, kuriuos galima tiksliai nurodyti geologiniuose įrašuose, kad paaiškintų deguonies susidarymą, naujasis tyrimas nurodo grįžtamojo ryšio ciklus tarp fosforo, anglies ir deguonies.
Tyrimas taip pat rodo, kad deguonies tiekimas buvo neišvengiamas.
Tyrimo bendraautorius, Simonas Poultonas, taip pat iš Lidso Žemės ir aplinkos mokyklos, sakė: „Mūsų modelis rodo, kad Žemės deguonies tiekimas, kad būtų galima išlaikyti sudėtingą gyvenimą, buvo neišvengiamas, kai tik išsivystė mikrobai, gaminantys deguonį. “
Šio naujojo modelio centre yra jūrinis fosforo ciklas. Jų modelis sukūrė tą patį trijų pakopų deguonies susidarymo modelį, kurį Žemė patyrė, kai laikui bėgant buvo palaipsniui keičiamas paviršiaus redukcija į oksidaciją. Perėjimus lemia tai, kaip jūrinis fosforo ciklas reaguoja į kintančius deguonies lygius, ir kaip tai veikia fotosintezę, kuriai reikalingas fosforas. “
„Mūsų darbas rodo, kad norint suprasti Žemės deguonies atsiradimo istoriją, ryšys tarp pasaulinio fosforo, anglies ir deguonies yra labai svarbus. Tai galėtų padėti mums geriau suprasti, kaip gyvenama gali būti ne mūsų pačių planeta “, - teigė vyresnysis autorius dr. Benjaminas Millsas.
Taigi kai kurių iš tų egzoplanetų dar tikimės.
Šis tyrimas nebus paskutinis žodis šiuo klausimu. Bet tai yra intriguojantis rezultatas, ir jei jis atlaikys tolesnį mokslinį nagrinėjimą, tai gali turėti įtakos tam, kaip apibūdinsime jau atrastas egzoplanetas ir tūkstančius kitų, kuriuos mes rasime su TESS ir kitais būsimais planetų radimo teleskopais.
Daugiau:
- Pranešimas spaudai: Naujo gyvenimo įkvėpimas diskusijoms apie Žemės deguonį
- Tyrimo dokumentas: Laipsniškas žemės deguonies tiekimas yra neatsiejama visuotinio biogeocheminio ciklo savybė
- Straipsnis: Kvėpuojanti atmosfera visatoje gali būti dažnesnė, nei mes manėme iš pradžių
- Tyrimo dokumentas (2014): Deguonies padidėjimas ankstyvajame Žemės vandenyne ir atmosferoje
