V posledných rokoch došlo k výbuchu objavov exoplanet. Niektoré z týchto svetov sú v tom, čo považujeme za „obývateľnú zónu“, aspoň v predbežných pozorovaniach. Koľko z nich však bude mať atmosféru bohatú na kyslík podporujúcu život v rovnakom duchu ako Zem?
Nová štúdia naznačuje, že priedušná atmosféra nemusí byť tak zriedkavá, ako sme si mysleli na planétach tak starých ako Zem.
Zemi trvalo dlho, kým sa vytvorila okysličená atmosféra, ktorú si teraz užívame. Pred asi 2,4 miliardami rokov mala naša planéta oveľa menej kyslíka v atmosfére a oceánoch. To všetko sa zmenilo, keď došlo k významnej okysličovacej udalosti; prvý z troch, ktorý formoval Zem.
Trojstupňový model okysličenia Zeme je celkom dobre chápaný a akceptovaný, hoci to nie je bez kontroverzie. Model načrtáva tri hlavné posuny v histórii Zeme, pričom každý z nich podstatne mení zemskú atmosféru pridaním väčšieho množstva kyslíka.
Tri udalosti boli:
- Veľká oxidačná udalosť sa udiala asi pred 2,4 miliardami rokov počas obdobia paleoproterozoiky. V tomto prípade sa biologicky produkovaný kyslík akumuluje v oceánoch a atmosfére, čo pravdepodobne vedie k počiatočnému vyhynutiu hmoty.
- Neoproterozoická kyslíková udalosť zaznamenala dramatický nárast hladín kyslíka a predchádzala kambrianskej explózii asi pred 540 miliónmi rokov.
- Udalosť paleozoickej kyslíka sa stala asi pred 400 miliónmi rokov a zistilo sa, že kyslík dosahuje súčasnú úroveň 21%.
História okysličenia Zeme je komplikovaná. Nebola to lineárna progresia. Najskôr sa kyslík vyrábal ako vedľajší produkt odpadu životnými formami a veľkú časť absorboval zemská kôra. Kyslík je vysoko reaktívny a tvoril najrôznejšie zlúčeniny s inými prvkami a stal sa zablokovaným v kôre. Najmä reagovala so železom, aby v geologickom zázname vytvorila oxid železa, jeden z našich najlepších ukazovateľov toho, kedy kyslík vstúpil do atmosféry.
Avšak okolo tohto modelu je veľa diskusií. Podľa jedného chápania modelu fotosyntetické baktérie v oceáne produkovali veľa skorého kyslíka. Potom prišli zemské planéty o stovky miliónov rokov neskôr a opäť zvýšili hladinu kyslíka. Existujú tiež dôkazy o tom, že doska hral tektoniku a masívne sopečné erupcie.
V článku autorov tejto novej štúdie sa uvádza, že tento model naznačuje, že na vytvorenie sveta bohatého na kyslík je potrebná určitá úroveň šťastia. „Keby sa nestala jedna sopečná erupcia alebo sa nevyvinul určitý typ organizmu, kyslík by sa mohol zastaviť na nízkej úrovni,“ hovorí.
Ale možno to tak nie je.
Ich nová štúdia s názvom „Postupná oxygenácia Zeme je neoddeliteľnou vlastnosťou globálneho biogeochemického cyklovania“ a slovo „neodmysliteľné“ je tu kľúčové. Autori tvrdia, že akonáhle sme mali správne mikróby a tektonické platne, ktoré boli zavedené pred 3 miliardami rokov, bolo len otázkou času, ako dosiahneme úroveň kyslíka, ktorú máme teraz. Bez ohľadu na sopky a rastliny na súši.
“Tento výskum skutočne testuje naše chápanie toho, ako sa Zem stala bohatou na kyslík, a teda schopná podporovať inteligentný život.“
Lewis Alcott, hlavný autor, Ústav povrchovej vedy o Zemi, Leeds University.
Ako hovorí štúdia, skôr ako vonkajšie sily to bola „skupina vnútorných spätných väzieb zahŕňajúcich globálne cykly fosforu, uhlíka a kyslíka“, ktoré viedli k okysličeniu Zeme. V skutočnosti by tieto cykly „viedli k rovnakému trojstupňovému vzoru ako v geologickom zázname“.
Z toho všetkého vyplýva, z článku: „Došli sme k záveru, že okysličovacie procesy Zeme sú úplne v súlade s postupnou okysličovaním planétového povrchu po vývoji fotosyntézy kyslíka.“
Ako však dospeli k tomuto záveru?
Vedci pochádzajú z Leeds University vo Veľkej Británii. Hlavným autorom je Lewis J. Alcott, doktorand so sídlom v Inštitúte povrchových vied o Zemi. Alcott a ďalší vedci pracovali s osvedčeným modelom morskej biogeochémie a upravili ho. Prešli týmto modelom v celej histórii Zeme a zistili, že to samo osebe spôsobilo tri hlavné okysličovacie udalosti.
V tlačovej správe Alcott uviedol: „Tento výskum skutočne testuje naše chápanie toho, ako sa Zem stala bohatou na kyslík, a teda schopná podporovať inteligentný život.“
Dominantné myslenie za históriou okysličenia Zeme sa opiera o niekoľko širokých kategórií udalostí. Jedným z nich je hlavný vývoj v životných formách, ktoré produkujú kyslík. V podstate „biologické revolúcie“, v ktorých sa formy života postupne stávali zložitejšími a navrhli prostredie bohaté na kyslík. Druhou kategóriou sú tektonické revolúcie: dramatické a konkrétne zvýšenie tektonickej aktivity vrátane významnej vulkanickej aktivity, ktoré zmenilo kôru a viedlo k vyšším hladinám kyslíka.
O presnej povahe oboch týchto širokých kategórií sa viedlo veľa diskusií, ale táto nová štúdia dáva vedcom niečo viac na zamyslenie. Namiesto spoliehania sa na „postupné“ udalosti, ktoré sa dajú určiť v geologickom zázname na vysvetlenie okysličenia, nová štúdia poukazuje na cykly spätnej väzby medzi fosforom, uhlíkom a kyslíkom.
Štúdia tiež naznačuje, že okysličovanie bolo nevyhnutné.
Spoluriešiteľ štúdie, profesor Simon Poulton, tiež zo Školy Zeme a prostredia v Leedse, uviedol: „Náš model naznačuje, že okysličovanie Zeme na úroveň, ktorá dokáže udržať komplexný život, bolo nevyhnutné, len čo sa vyvinuli mikróby, ktoré produkujú kyslík. "
Jadrom tohto nového modelu je cyklus morských fosforov. Ich model vytvoril rovnaký trojstupňový spôsob oxidácie, aký Zem zažila „keď sa poháňal iba postupným posunom od redukcie k oxidačným povrchovým podmienkam v priebehu času. Prechody sú riadené spôsobom, akým cyklus morského fosforu reaguje na meniace sa hladiny kyslíka a ako to ovplyvňuje fotosyntézu, ktorá vyžaduje fosfor. “
„Naša práca ukazuje, že vzťah medzi globálnymi cyklami fosfor, uhlík a kyslík je základom pre pochopenie histórie okysličenia Zeme. To by nám mohlo pomôcť lepšie pochopiť, ako sa môže obývať aj planéta iná ako naša, “uviedol hlavný autor Dr. Benjamin Mills.
Takže pre niektoré z týchto exoplanet je ešte nádej.
Táto štúdia nebude v tejto veci posledným slovom. Je to však zaujímavý výsledok a ak obstojí v ďalšom vedeckom skúmaní, môže to mať vplyv na to, ako charakterizujeme exoplanety, ktoré sme už našli, a tisíce ďalších, ktoré nájdeme s TESS a ďalšími budúcimi teleskopmi na vyhľadávanie planét.
Viac:
- Tlačová správa: Vdýchnutie nového života do debaty o kyslíku na Zemi
- Výskumná práca: Postupná oxygenácia Zeme je neoddeliteľnou vlastnosťou globálneho biogeochemického cyklovania
- Článok: Priedušná atmosféra môže byť vo vesmíre bežnejšia, ako sme si pôvodne mysleli
- Research Paper (2014): Nárast kyslíka v skorom oceáne a atmosfére Zeme
