V zadnjih nekaj letih je prišlo do eksplozije odkritij eksoplanetov. Nekateri od teh svetov so v tistem, kar menimo, da je 'območje, primerno za bivanje', vsaj v predhodnih opažanjih. Toda koliko jih bo imelo atmosfero, ki podpira življenje in je bogata s kisikom, v isti žili kot Zemljina?
Nova študija kaže, da atmosfere, ki dihajo, morda niso tako redke, kot smo mislili na planetih, starih kot Zemlja.
Zemlja je potrebovala veliko časa, da je razvila ozračje, nasičeno s kisikom, v katerem uživamo zdaj. Do pred približno 2,4 milijarde let je imel naš planet v ozračju in oceanih veliko manj kisika. Vse se je spremenilo, ko se je zgodil velik dogodek oksigenacije; prvi od treh, ki so oblikovali Zemljo.
Tristopenjski model oksigenacije Zemlje je precej široko razumljen in sprejet, čeprav ni brez polemik. Model opisuje tri velike premike v zgodovini Zemlje, pri čemer je vsak bistveno spremenil zemeljsko atmosfero z dodajanjem več kisika.
Trije dogodki so bili:
- The Veliki oksidacijski dogodek se je zgodilo pred približno 2,4 milijarde let v paleoproterozojski dobi. V tem primeru se je biološko proizveden kisik nakopičil v oceanih in atmosferi, kar je verjetno vodilo do začetnega množičnega izumrtja.
- Neoproterozojski dogodek oksigenacije je doživel dramatično povišanje ravni kisika in je bil pred Kambrijska eksplozija pred približno 540 milijoni let.
- Paleozojski dogodek oksigenacije se je zgodil pred približno 400 milijoni let in je kisik dosegel svojo trenutno raven približno 21%.
Zgodovina oksigenacije Zemlje je zapletena. Ni šlo za linearno napredovanje. Sprva je kisik nastajal kot odpadni stranski produkt v življenjskih oblikah, velik del pa ga je absorbirala zemeljska skorja. Kisik je zelo reaktiven in je tvoril vse vrste spojin z drugimi elementi in se zaklenil v skorjo. Zlasti je reagiral z železom in ustvaril železov oksid v geoloških zapisih, ki je eden naših najboljših kazalcev, kdaj je kisik vstopil v ozračje.
Trakasta železna tvorba v Avstraliji. Konvencionalno razumevanje je, da so nastali v morski vodi s sproščanjem kisika med Velikim dogodkom oksigenacije. Zasluge slike: Graeme Churchard iz Bristola, UK – Dales Gorge Naložil PDTillman, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30889569
Vendar je o tem modelu veliko razprav. Po enem razumevanju modela so fotosintetske bakterije v oceanu proizvedle velik del zgodnjega kisika. Nato so se stotine milijonov let pozneje pojavili kopenski planeti, ki so ponovno dvignili raven kisika. Obstajajo tudi dokazi, da so tektonika plošč in množični vulkanski izbruhi igrali vlogo.
An članek avtorjev te nove študije pravi, da ta model pomeni, da je za ustvarjanje sveta, bogatega s kisikom, potrebna določena stopnja sreče. 'Če se en vulkanski izbruh ne bi zgodil ali se določena vrsta organizma ne bi razvila, bi se kisik morda ustavil pri nizkih ravneh,' pravi.
Morda pa temu ni tako.
Njihova nova študija je naslovljena » Postopna oksigenacija Zemlje je neločljiva lastnost globalnega biogeokemičnih ciklov « in beseda »inherentno« je tukaj ključna. Avtorji pravijo, da je bilo ko smo imeli prave mikrobe in tektoniko plošč, ki sta bili vzpostavljeni pred 3 milijardami let, le vprašanje časa, kdaj bomo dosegli raven kisika, ki jo imamo zdaj. Ne glede na vulkane in rastline na kopnem.
'Ta raziskava resnično preizkuša naše razumevanje, kako je Zemlja postala bogata s kisikom in tako lahko podpira inteligentno življenje.'
Lewis Alcott, glavni avtor, Inštitut za znanost o Zemljini površini, Univerza Leeds.
Namesto zunanjih sil je bil 'skup notranjih povratnih informacij, ki vključujejo globalne cikle fosforja, ogljika in kisika', ki so privedle do oksigenacije Zemlje, kot pravi študija. Pravzaprav bi ti cikli »proizvedli enak tristopenjski vzorec, kot ga opazimo v geološkem zapisu«.
Cianobakterije pod mikroskopom. Zaslužni so za spodbujanje velikega dogodka oksigenacije. Zasluge za slike: NASA, http://microbes.arc.nasa.gov/images/content/gallery/lightms/publication/unicells.jpg, javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? curid=5084332
Iz prispevka vse izhaja iz tega: 'Sklepamo, da so dogodki oksigenacije na Zemlji v celoti skladni s postopno oksigenacijo površine planeta po evoluciji fotosinteze s kisikom.'
Toda kako so prišli do tega sklepa?
Raziskovalci so z univerze Leeds v Združenem kraljestvu. Glavni avtor je Lewis J. Alcott, doktorski študent s sedežem v Earth Surface Science Institute. Alcott in drugi raziskovalci so delali z dobro uveljavljenim modelom morske biogeokemije in ga spremenili. Ta model so izvajali skozi vso zgodovino Zemlje in ugotovili, da je sam ustvaril tri glavne dogodke oksigenacije.
Alcott je v sporočilu za javnost dejal: 'Ta raziskava resnično preizkuša naše razumevanje, kako je Zemlja postala bogata s kisikom in tako lahko podpira inteligentno življenje.'
Prevladujoče razmišljanje o Zemljini zgodovini oksigenacije se za razlago opira na nekaj širokih kategorij dogodkov. Eden je velik evolucijski razvoj življenjskih oblik, ki proizvajajo kisik. V bistvu 'biološke revolucije', kjer so življenjske oblike postajale vse bolj zapletene in so oblikovale okolje, bogato s kisikom. Druga kategorija so tektonske revolucije: dramatično in posebno povečanje tektonske aktivnosti, vključno s pomembno vulkansko aktivnostjo, ki je spremenila skorjo in povzročila večjo raven kisika.
Slika, ki jo je posnel član posadke ekspedicije 13 z ISS, prikazuje izbruh vulkana Cleveland, Aleutski otoki, Aljaska. Po sprejetem razmišljanju so bili pomembni vulkanski dogodki potrebni za nastanek atmosfere, bogate s kisikom, ki jo ima Zemlja danes. Toda nova študija kaže, da niso bili potrebni. Zasluge: NASA
O natančni naravi obeh širokih kategorij je bilo veliko razprav, vendar ta nova študija daje znanstvenikom nekaj več za razmišljanje. Namesto da bi se zanašala na 'postopne' dogodke, ki jih je mogoče natančno določiti v geološkem zapisu, da bi pojasnili oksigenacijo, 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 s šole za zemljo in okolje v Leedsu, je dejal: »Naš model kaže, da je bila oskrba Zemlje s kisikom na ravni, ki lahko vzdržuje kompleksno življenje, neizogibna, ko so se razvili mikrobi, ki proizvajajo kisik. ”
V središču tega novega modela je cikel fosforja v morju. Njihov model je ustvaril isti tristopenjski vzorec oksigenacije, kot ga je doživela Zemlja, »ko ga je sčasoma poganjalo samo postopno premikanje od redukcijskih k oksidacijskim površinskim razmeram. Prehode poganja način, kako se cikel morskega fosforja odziva na spreminjanje ravni kisika in kako to vpliva na fotosintezo, ki zahteva fosfor.
Preprosta grafika Zemljinega fosforjevega cikla. Zasluga slike: Biogeokemični cikli: Slika 5 od OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0 ; sprememba dela Johna M. Evansa in Howarda Perlmana, USGS
'Naše delo kaže, da je odnos med globalnimi cikli fosforja, ogljika in kisika temeljnega pomena za razumevanje zgodovine oksigenacije Zemlje. To bi nam lahko pomagalo bolje razumeti, kako lahko planet, ki ni naš, postane primeren za bivanje,« je povedal višji avtor dr. Benjamin Mills.
Torej še obstaja upanje za nekatere od teh eksoplanetov.
Ta študija ne bo zadnja beseda o zadevi. Toda to je zanimiv rezultat in če bo vzdržal nadaljnji znanstveni pregled, bi lahko vplival na to, kako bomo opisali eksoplanete, ki smo jih že našli, in na tisoče drugih, ki jih bomo našli s TESS in drugimi prihodnjimi teleskopi za iskanje planetov.
Več:
- Izjava za javnost: Vdihavanje novega življenja v razpravo o kisiku na Zemlji
- Raziskovalna naloga: Postopna oksigenacija Zemlje je neločljiva lastnost globalnega biogeokemičnih ciklov
- Članek: Ozračje, ki diha, je morda bolj pogosto v vesolju, kot smo sprva mislili
- Raziskovalna naloga (2014): Porast kisika v Zemljinem zgodnjem oceanu in atmosferi
