Viimastel aastatel on plahvatanud eksoplaneedi avastused. Mõned neist maailmadest asuvad vähemalt esialgsete vaatluste kohaselt selles, mida me peame elamiskõlblikuks tsooniks. Kuid kui paljudel neist on elu toetav, hapnikurikas atmosfäär Maaga samas piirkonnas?
Uus uuring viitab sellele, et hingav keskkond ei pruugi olla nii haruldane, kui me arvasime, et planeedid on nii vanad kui Maa.
Maa võttis kaua aega hapnikuga rikastatud atmosfääri väljaarendamiseks, mida praegu naudime. Kuni umbes 2,4 miljardit aastat tagasi oli meie planeedil atmosfääris ja ookeanides palju vähem hapnikku. See kõik muutus, kui aset leidis suur hapnikuga varustamise sündmus; esimene kolmest, mis kujundasid Maa.
Maa hapnikuga varustamise kolmeastmelist mudelit mõistetakse ja aktsepteeritakse üsna laialt, kuigi see pole ilma vaidlusteta. Mudel visandab kolm olulist nihet Maa ajaloos, kusjuures igaüks muudab Maa atmosfääri oluliselt hapniku lisamisega.
Kolm sündmust olid:
- Suur oksüdatsiooni sündmus leidis aset umbes 2,4 miljardit aastat tagasi paleoproterosoikumide ajastul. Sel juhul akumuleerub ookeanidesse ja atmosfääri bioloogiliselt toodetud hapnik, mis võib tõenäoliselt viia esialgse massilise väljasuremiseni.
- Neoproterosoikumse hapniku tekke sündmus näitas dramaatilist hapniku taseme tõusu ja eelnes Kambriumi plahvatusele umbes 540 miljonit aastat tagasi.
- Paleosoikumne hapnikusündmus juhtus umbes 400 miljonit aastat tagasi ja hapnik jõudis praegusele tasemele, umbes 21%.
Maa hapnikuajalugu on keeruline. See ei olnud lineaarne progressioon. Alguses toodeti hapnikku eluvormidena kõrvalsaadusena ja hapnik absorbeeris suure osa sellest maakoores. Hapnik on väga reageeriv ja moodustas muude elementidega igasuguseid ühendeid ja lukustus koorikus. Eelkõige reageeris see rauaga, et tekitada geoloogilistes andmetes raudoksiidi, mis on üks meie parimaid indikaatoreid hapniku atmosfääri jõudmise kohta.
Selle mudeli ümber on siiski palju arutelusid. Vastavalt mudeli ühele arusaamisele produtseerisid ookeanis olevad fotosünteesivad bakterid suure osa varasest hapnikust. Siis tulid maismaaplaneedid sadu miljoneid aastaid hiljem, tõstes taas hapniku taset. Samuti on tõendeid, et rolli mängisid plaaditektoonika ja massilised vulkaanipursked.
Selle uue uuringu autorite artiklis öeldakse, et see mudel eeldab, et hapnikurikka maailma loomiseks on vaja teatud määral õnne. "Kui ühte vulkaanipurset poleks toimunud või kui teatud tüüpi organism poleks edasi arenenud, oleks hapnik võinud madalal tasemel seista," ütleb ta.
Kuid võib-olla see pole nii.
Nende uus uuring kannab pealkirja “Maa järkjärguline hapnikuga varustamine on ülemaailmse biogeokeemilise tsükli lahutamatu omadus” ja siin on võtmetähtsusega sõna “loomupärane”. Autorid ütlevad, et kui kunagi varem olid meil olemas õiged mikroobid ja plaaditektoonika, mis mõlemad loodi 3 miljardit aastat tagasi, oli vaid aja küsimus, enne kui jõudsime hapniku tasemele, mis meil praegu on. Sõltumata vulkaanidest ja maismaataimedest.
“See uurimus tõepoolest testib meie arusaama sellest, kuidas Maa sai hapnikurikkaks ja suutis seega intelligentset elu toetada.“
Lewis Alcott, Leedsi ülikooli maapinna teadusliku instituudi juhtiv autor.
Välisjõudude asemel viis Maa hapnikuga varustamiseni „sisemiste tagasiside kogum, mis hõlmab globaalseid fosfori-, süsiniku- ja hapnikutsükleid“, nagu väidab uuring. Tegelikult oleks need tsüklid „andnud sama kolmeastmelise mustri, mida täheldati geoloogilises kaardis”.
See kõik taandub sellest, paberist: "Me järeldame, et Maa hapnikusündmused on täiesti kooskõlas planeedi pinna järkjärgulise hapnikuga varustamisega pärast hapniku fotosünteesi arengut."
Kuid kuidas nad selle järelduseni jõudsid?
Teadlased on pärit Suurbritannia Leedsi ülikoolist. Juhtiv autor on maapinna teadusliku instituudi doktorant Lewis J. Alcott. Alcott ja teised teadlased töötasid väljakujunenud mere biogeokeemia mudeliga ja muutsid seda. Nad käitasid seda mudelit kogu Maa ajaloo vältel ja leidsid, et see viis kolm peamist hapnikuga varustamise sündmust iseenesest.
Alcott ütles oma pressiteates: "See teadustöö paneb proovile meie arusaamise sellest, kuidas Maa sai hapnikurikkaks ja suudab seeläbi intelligentset elu toetada."
Maa hapnikuajaloo domineeriv mõtlemine toetub selle seletamiseks paarile laiale sündmuste kategooriale. Üks on peamised evolutsioonilised arengud hapnikku tootvates eluvormides. Põhimõtteliselt “bioloogilised pöörded”, kus eluvormid muutusid järjest keerukamaks ja kujundasid hapnikurikka keskkonna. Teiseks kategooriaks on tektoonilised pöörded: tektoonilise aktiivsuse dramaatiline ja eriline suurenemine, sealhulgas oluline vulkaaniline aktiivsus, mis muutis koorikut ja tõi kaasa suurema hapnikusisalduse.
Mõlema laia kategooria täpse olemuse üle on palju vaieldud, kuid see uus uuring annab teadlastele veel midagi mõelda. Selle asemel, et tugineda "järkjärgulistele" sündmustele, mida saab geoloogilises kaardis täpsustada, hapnikuvabastuse selgitamiseks, osutab uus uuring fosfori, süsiniku ja hapniku vahelisele tagasisidetsüklitele.
Uuring näitab ka, et hapnikuga varustamine oli vältimatu.
Uuringu kaasautor professor Simon Poulton, kes on pärit ka Leedsi maa- ja keskkonnakoolist, ütles: „Meie mudeli kohaselt oli maa hapnikuga hapnemine tasemele, mis suudaks säilitada keerulist elu, kui hapnikku tootvad mikroobid oleksid edasi arenenud. ”
Selle uue mudeli keskmes on mere fosforitsükkel. Nende mudel tekitas sama kolmeastmelise hapnikuga varustamise mustri, mida Maa koges, kui seda ajavad ainult järkjärguline nihe reduktsiooni pinnalt oksüdeerivate pinnatingimuste suhtes aja jooksul. Üleminekuid juhib see, kuidas mere fosforitsükkel reageerib muutuvale hapnikusisaldusele ja kuidas see mõjutab fosforit vajavat fotosünteesi. ”
„Meie töö näitab, et Maa hapnikuajaloo mõistmiseks on oluline seos globaalsete fosfori-, süsiniku- ja hapnikutsüklite vahel. See võib aidata meil paremini mõista, kuidas meie planeedist erinev planeet võib elamiskõlblikuks muutuda, “ütles vanemkirjanik dr Benjamin Mills.
Nii et mõnele neist eksoplaneetidest on veel lootust.
See uuring ei ole selles küsimuses lõplik sõna. Kuid see on intrigeeriv tulemus ja kui see seisab edasise teadusliku uurimise eest, võib see mõjutada seda, kuidas me iseloomustame juba leitud eksoplaneete ja veel tuhandeid, mida me leiame koos TESS-i ja teiste tulevaste planeeti leidvate teleskoopidega.
Veel:
- Pressiteade: Uue elu hingamine Maa hapnikualasesse arutelusse
- Uurimistöö: Maa järkjärguline hapnikuga varustamine on ülemaailmse biogeokeemilise tsükli lahutamatu omadus
- Artikkel: Hingav keskkond võib universumis olla tavalisem, kui me algul arvasime
- Uurimisdokument (2014): Hapniku tõus Maa varajases ookeanis ja atmosfääris
