Muutaman viime vuoden aikana eksoplaneettojen löytöt ovat kasvaneet räjähdysmäisesti. Jotkut näistä maailmoista sijaitsevat siinä, jota pidämme "asuttamisvyöhykkeenä", ainakin alustavissa havainnoissa. Mutta kuinka monella heistä on elämää tukeva, happea sisältävä ilmapiiri samassa paikassa kuin maan päällä?
Uusi tutkimus ehdottaa, että hengittävä ilmapiiri ei ehkä ole niin harvinainen kuin ajattelimme niin vanhoilla planeetoilla kuin Maa.
Maa kesti kauan kehittääkseen hapetetun ilmakehän, josta nyt nautimme. Noin 2,4 miljardia vuotta sitten planeettamme ilmakehässä ja valtamereissä oli paljon vähemmän happea. Se kaikki muuttui, kun tapahtui suuri hapentapahtuma; ensimmäinen kolmesta, jotka muovasivat maan.
Maan hapetuksen kolmivaiheinen malli ymmärretään ja hyväksytään melko laajasti, tosin se ei ole ilman kiistanalaisia. Malli hahmottelee kolme suurta muutosta maan historiassa, ja jokainen muuttaa huomattavasti maan ilmakehän lisäämällä enemmän happea.
Kolme tapahtumaa olivat:
- Suuri hapettumistapahtuma tapahtui noin 2,4 miljardia vuotta sitten paleoproterotsooisen aikakauden aikana. Tässä tapauksessa valtameriin ja ilmakehään kertynyt biologisesti tuotettu happi johtaa todennäköisesti alkuperäiseen massakuolemaan.
- Neoproterotsooisen hapettumistapahtuman happipitoisuus nousi dramaattisesti, ja se edelsi Kambrian räjähdystä noin 540 miljoonaa vuotta sitten.
- Paleozoic hapetustapahtuma tapahtui noin 400 miljoonaa vuotta sitten ja näki hapen saavuttavan nykyisen tasonsa noin 21%.
Maan hapettumisen historia on monimutkainen. Se ei ollut lineaarista etenemistä. Aluksi happi tuotettiin jätteiden sivutuotteena elämänmuodoissa, ja suuri osa siitä absorboitui maankuoreen. Happi on erittäin reaktiivinen ja se muodosti kaikenlaisia yhdisteitä muiden alkuaineiden kanssa ja lukkiutui kuoreen. Erityisesti se reagoi raudan kanssa tuottaakseen rautaoksidia geologisessa tutkimuksessa, joka on yksi parhaimmista indikaattoreistamme siitä, kun happi tuli ilmakehään.
Tämän mallin ympärillä on kuitenkin paljon keskustelua. Yhden mallin ymmärtämisen mukaan valtameressä tehdyt fotosynteettiset bakteerit tuottivat suuren osan varhaisesta happeesta. Sitten maalla sijaitsevat planeetat tulivat satoja miljoonia vuosia myöhemmin, nostaen jälleen happitasoa. On myös todisteita siitä, että levytektoniikalla ja massiivisilla tulivuorenpurkauksilla oli rooli.
Tämän uuden tutkimuksen kirjoittajien artikkelissa sanotaan, että tämä malli viittaa siihen, että happea sisältävän maailman luomiseen vaaditaan tietynlaista onnea. "Jos yhtä tulivuorenpurkausta ei olisi tapahtunut tai tietyn tyyppinen organismi ei olisi kehittynyt, happi olisi saattanut pysähtyä alhaiselle tasolle", se sanoo.
Mutta ehkä niin ei ole.
Heidän uuden tutkimuksensa otsikko on ”Vaiheittainen maapallon hapettuminen on luonnollista ominaisuutta globaalissa biogeokemiallisessa pyöräilyssä” ja sana “luontainen” on tässä avainasemassa. Kirjoittajat sanovat, että kun meillä oli oikeat mikrobit ja levytektoniikka, jotka molemmat perustettiin 3 miljardia vuotta sitten, oli vain ajan kysymys ennen kuin saavutimme nykyisen happitason. Riippumatta tulivuoreista ja maalla sijaitsevista kasveista.
“Tämä tutkimus todella testaa ymmärrystämme siitä, kuinka maasta tuli happea rikas ja pystyi siten tukemaan älykästä elämää.“
Lewis Alcott, johtava kirjailija, Maan pinnan tiedeinstituutti, Leedsin yliopisto.
Ulkopuolisten voimien sijasta se oli "joukko sisäisiä palautteita, joihin osallistui maailmanlaajuisia fosfori-, hiili- ja happisyklejä", jotka johtivat Maan hapettumiseen, kuten tutkimuksessa sanotaan. Itse asiassa nuo syklit olisivat "tuottaneet saman kolmivaiheisen kuvion, joka havaittiin geologisessa arkistossa".
Se kaikki laskeutuu asiaan: "Me päättelemme, että Maan hapetustapahtumat ovat täysin yhdenmukaisia planeettapinnan asteittaisen hapettumisen kanssa happea aiheuttavan fotosynteesin kehittymisen jälkeen."
Mutta miten he päätyivät siihen johtopäätökseen?
Tutkijat ovat kotoisin Ison-Britannian Leeds-yliopistosta. Pääkirjailija on Lewis J. Alcott, PhD-opiskelija, joka toimii Earth Surface Science Institute -säätiössä. Alcott ja muut tutkijat työskentelivät vakiintuneen meren biogeokemian mallin kanssa ja muuttivat sitä. He pitivät tätä mallia läpi koko maapallon historian ja huomasivat, että se tuotti kolme päähapetustapahtumaa yksinään.
Lehdistötiedotteessa Alcott sanoi: "Tämä tutkimus todella testaa ymmärrystämme siitä, kuinka maasta tuli happea rikas ja pystyi siten tukemaan älykästä elämää."
Maan hapetushistorian taustalla oleva hallitseva ajattelu perustuu muutamiin laajoihin tapahtumaryhmiin sen selittämiseksi. Yksi niistä on hapen tuottavien elämänmuotojen merkittävä evoluutiokehitys. Periaatteessa ”biologiset vallankumoukset”, joissa elämänmuodot tulivat vähitellen monimutkaisemmiksi ja rakensivat happea sisältävän ympäristön. Toinen luokka on tektoniset kierrokset: tektonisen aktiivisuuden dramaattinen ja erityinen lisääntyminen, mukaan lukien merkittävä vulkaaninen aktiivisuus, joka muutti kuoren ja johti suurempiin happitasoihin.
Molempien näiden laajojen ryhmien täsmällisestä luonteesta on käyty paljon keskustelua, mutta tämä uusi tutkimus antaa tutkijoille jotain enemmän ajateltavaa. Sen sijaan, että vedotettaisiin "vaiheittaisiin" tapahtumiin, jotka voidaan määritellä geologisessa tietueessa happea selittämään, uusi tutkimus osoittaa palautussykleihin fosforin, hiilen ja hapen välillä.
Tutkimus viittaa myös siihen, että hapettuminen oli väistämätöntä.
Tutkimuksen avustaja professori Simon Poulton, myös Leedsin maa- ja ympäristökoulusta, sanoi: ”Mallimme ehdottaa, että Maan hapetus tasolle, joka voi ylläpitää monimutkaista elämää, oli väistämätöntä, kun happea tuottavat mikrobit olivat kehittyneet. ”
Tämän uuden mallin ytimessä on meren fosforisykli. Niiden malli tuotti saman kolmivaiheisen hapetuskuvion, jonka Maa kokenut ”, kun sitä ajaa pelkästään asteittainen siirtyminen pelkistämisestä hapettuviin pintaolosuhteisiin ajan myötä. Siirtymät ohjaavat tapaa, jolla merifosforisykli reagoi muuttuviin happitasoihin, ja kuinka tämä vaikuttaa fotosynteesiin, joka vaatii fosforia. "
”Tehtävämme osoittaa, että globaalien fosfori-, hiili- ja happisykleiden suhde on olennainen tekijä maan hapetushistorian ymmärtämisessä. Tämä voisi auttaa meitä ymmärtämään paremmin, kuinka muusta kuin omasta planeettamme voi tulla asuttava ”, sanoi vanhempi kirjailija tohtori Benjamin Mills.
Joten on toivoa joillekin näistä eksoplaneetoista.
Tämä tutkimus ei ole lopullinen sana tässä asiassa. Mutta se on kiehtova tulos, ja jos se kestää edelleen tieteellistä tutkimusta, se saattaa vaikuttaa siihen, miten luonnehdimme jo löydettyjä eksoplaneetteja ja tuhansia muita, joita löydämme TESS: n ja muiden tulevien planeettaa etsivien kaukoputkien avulla.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Uuden elämän hengittäminen maapallon happikeskusteluun
- Tutkimuspaperi: Vaiheittainen maapallon hapetus on luontainen ominaisuus globaalissa biogeokemiallisessa kierrätyksessä
- Artikkeli: Hengittävä ilmapiiri voi olla yleisempää maailmankaikkeudessa kuin aluksi ajattelimme
- Tutkimuspaperi (2014): Hapen nousu maan varhaisessa valtameressä ja ilmakehässä
