Исследование поможет определить, на каких планетах может существовать жизнь

Недавнее исследование, проведенное под руководством Бристольского университета, позволило по-новому взглянуть на эволюцию кислорода, углерода и других необходимых элементов на Земле, что потенциально может помочь в поиске других планет, способных поддерживать жизнь - от растительности до сложных организмов, похожих на человека.

Ускорение производства кислорода

Впервые выявлена роль накопления богатых углеродом пород в ускорении производства и выделения кислорода в атмосферу. Это открытие решает давнюю загадку науки, предлагая решение разнообразных и противоречивых теорий о том, как атмосфера Земли стала богатой кислородом.

История насыщения Земли кислородом

"Насыщение кислородом атмосферы и океанов Земли сыграло решающую роль в эволюции поверхностной среды и жизни", - пишут авторы исследования.

"Считается, что рост содержания кислорода в течение истории Земли был обусловлен увеличением доступности лимитирующего фотосинтез питательного вещества фосфата в сочетании с уменьшением потребления кислорода из мантии и коры. Однако пока трудно оценить, могут ли эти процессы сами по себе объяснить историю насыщения Земли кислородом".

Динамика углеродного цикла

Эксперты изучили, как углекислый газ, высвобождающийся в результате вулканической активности, растворяется в океанах и способствует образованию углеродистых пород, таких как известняк. Со временем эти породы могут высвобождать углерод в результате тектонической деятельности, например, при образовании гор и метаморфизме, обогащая атмосферу кислородом.

Используя сложное компьютерное моделирование, исследователи смогли смоделировать сложную динамику круговорота углерода, питательных веществ и кислорода на протяжении более чем четырех миллиардов лет истории Земли, достигнув беспрецедентного уровня точности.

Потенциал кислородного дыхания на других планетах

"Это важное и захватывающее открытие, поскольку оно может помочь нам понять, как планеты, помимо Земли, могут поддерживать разумную кислорододышащую жизнь", - объясняет ведущий автор Льюис Алкотт, ученый-землевед из Бристоля.

"Ранее у нас не было четкого представления о том, почему кислород поднялся с очень низких концентраций до современных, поскольку компьютерные модели не могли точно смоделировать все возможные обратные связи. Это озадачивало ученых на протяжении десятилетий и порождало различные теории".

Постепенное увеличение производства кислорода с течением времени

Исследование предполагает, что на планетах старше Земли, которые имели достаточно времени для накопления богатых углеродом отложений, могут происходить процессы, способствующие круговороту углерода и питательных веществ, необходимых для жизни.

Исследование показывает, что постепенное увеличение количества углерода в земной коре приводит к соответствующему росту скорости переработки углерода и минералов, в том числе жизненно важных для фотосинтеза. Этот процесс, в свою очередь, способствует постепенному увеличению производства кислорода на протяжении геологической истории Земли.

Жизнь может быть ограничена более древними мирами

"Эта работа имеет как положительные, так и отрицательные последствия для вероятности существования аэробной, сложной жизни на других мирах", - пишут исследователи.

"С одной стороны, в нашей модели мы можем создать насыщенный кислородом мир, не нуждаясь для этого в череде особых тектонических или биологических событий, а значит, можно ожидать, что больше фотосинтезирующих планет, похожих на Землю, с атмосферой, океаном и активной переработкой коры, будут богаты кислородом".

"Однако длительные сроки образования карбонатов на Земле предполагают, что кислородозависимая биосфера могла затормозиться на скалистой планете аналогичного размера через миллиарды лет после формирования планеты, поэтому более вероятно, что интеллект ограничивается более древними мирами или мирами со стилем переработки коры, позволяющим более быстро наращивать запасы углерода в коре."

Прогнозирование потенциальной химии других планет

Это исследование, начатое во время работы Олкотта в качестве постдокторанта Хатчинсона в Йельском университете, закладывает основу для будущих исследований сложной взаимосвязи между температурой планеты, уровнем кислорода и наличием питательных веществ.

"У нас есть много информации о далеких звездах и размерах планет, вращающихся вокруг них. Скоро это можно будет использовать для прогнозирования потенциального химического состава планеты, а новые достижения в технологии телескопов позволят нам узнать, правы ли мы", - заключил соавтор работы Бенджамин Миллс, профессор эволюции земных систем в Университете Лидса.

Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.