V posledních několika letech došlo k explozi objevů exoplanet. Některé z těchto světů jsou v tom, co považujeme za „obyvatelnou zónu“, alespoň v předběžných pozorováních. Kolik z nich však bude mít život podporující atmosféru bohatou na kyslík ve stejném duchu jako Země?
Nová studie naznačuje, že prodyšná atmosféra nemusí být tak vzácná, jak jsme si mysleli na planetách starých jako Země.
Země trvala dlouho, než se vyvinula okysličená atmosféra, kterou si nyní užíváme. Před asi 2,4 miliardami let měla naše planeta mnohem méně kyslíku ve své atmosféře a oceánech. To vše se změnilo, když došlo k významné kyslíkové události; první ze tří, které formovaly Zemi.
Tříkrokový model okysličení Země je docela široce chápán a přijímán, ačkoli to není bez kontroverze. Model nastiňuje tři hlavní posuny v historii Země, přičemž každý z nich podstatně mění atmosféru Země přidáním více kyslíku.
Tyto tři akce byly:
- Velká oxidační událost nastala asi před 2,4 miliardami let během doby paleoproterozoické. V tomto případě se biologicky produkovaný kyslík akumuloval v oceánech a atmosféře, což pravděpodobně vedlo k počátečnímu vyhynutí hmoty.
- Neoproterozoická kyslíková událost zaznamenala dramatický nárůst hladin kyslíku a předcházela explozi kambria asi před 540 miliony let.
- K paleozoické kyslíkové události došlo asi před 400 miliony let a viděl kyslík dosáhnout své současné úrovně asi 21%.
Historie okysličení Země je komplikovaná. Nebyla to lineární progrese. Kyslík byl zpočátku produkován jako odpadní vedlejší produkt životními formami a velká část byla absorbována zemskou kůrou. Kyslík je vysoce reaktivní a tvořil nejrůznější sloučeniny s dalšími prvky a zablokoval se do kůry. Zejména reagovala se železem, aby v geologickém záznamu vytvořila oxid železa, jeden z našich nejlepších ukazatelů, kdy kyslík vstoupil do atmosféry.
O tomto modelu je však spousta debat. Podle jednoho pochopení modelu fotosyntetické bakterie v oceánu produkovaly hodně časného kyslíku. Potom přišly pozemské planety o stovky milionů let později a znovu zvýšily hladinu kyslíku. Existují také důkazy, že roli hrály talířové tektoniky a masivní sopečné erupce.
Článek autorů této nové studie říká, že tento model naznačuje, že k vytvoření světa bohatého na kyslík je nutná určitá míra štěstí. "Pokud by nedošlo k jedné sopečné erupci nebo se nevyvinul určitý typ organismu, mohl by se kyslík zastavit na nízkých hladinách," říká.
Ale možná to tak není.
Jejich nová studie s názvem „Postupné okysličení Země je neodmyslitelnou vlastností globálního biogeochemického cyklování“ a klíčové slovo „vlastní“ je zde. Autoři tvrdí, že jakmile jsme měli správné mikroby a tektonické destičky, které byly obě zavedeny před 3 miliardami let, bylo jen otázkou času, než dosáhneme úrovně kyslíku, kterou máme nyní. Bez ohledu na sopky a rostliny na pevnině.
“Tento výzkum skutečně testuje naše chápání toho, jak se Země stala bohatou na kyslík, a tak byla schopna podporovat inteligentní život.“
Lewis Alcott, hlavní autor, Ústav povrchové vědy o Zemi, Leeds University.
Jak uvádí studie, spíše než vnější síly to byla „sada vnitřních zpětných vazeb zahrnujících globální cykly fosforu, uhlíku a kyslíku“, která vedla k okysličení Země. Ve skutečnosti by tyto cykly „vytvořily stejný vzor ve třech krocích pozorovaný v geologickém záznamu“.
Z toho vše vychází z článku: „Došli jsme k závěru, že okysličení Země je zcela v souladu s postupnou oxygenací planetárního povrchu po vývoji kyslíkové fotosyntézy.“
Jak však dospěli k tomuto závěru?
Vědci pocházejí z Leeds University ve Velké Británii. Vedoucím autorem je Lewis J. Alcott, student PhD se sídlem v Ústavu povrchových věd Země. Alcott a další vědci pracovali s dobře zavedeným modelem mořské biogeochemie a upravili jej. Projeli tento model v celé historii Země a zjistili, že to samo o sobě vyvolalo tři hlavní události okysličení.
V tiskové zprávě Alcott řekl: „Tento výzkum skutečně testuje naše chápání toho, jak se Země stala bohatou na kyslík, a tak byla schopna podporovat inteligentní život.“
Dominantní myšlení za dějinami okysličení Země se opírá o několik širokých kategorií událostí. Jedním z nich je hlavní vývojový vývoj v životních formách, které produkují kyslík. V podstatě „biologické revoluce“, kde se životní formy postupně stávaly složitějšími a vytvořily prostředí bohaté na kyslík. Druhou kategorií jsou tektonické revoluce: dramatické a zvláštní zvýšení tektonické aktivity, včetně významné vulkanické aktivity, které změnilo kůru a vedlo k vyšším hladinám kyslíku.
O přesném charakteru obou těchto širokých kategorií se vedlo mnoho debat, ale tato nová studie dává vědcům něco, o čem přemýšlet. Nová studie se nespoléhá na „krokové“ události, které lze v geologickém záznamu vysvětlit pro okysličení, a poukazuje na cykly zpětné vazby mezi fosforem, uhlíkem a kyslíkem.
Studie také naznačuje, že okysličení bylo nevyhnutelné.
Spoluautor studie Profesor Simon Poulton, rovněž ze Školy Země a životního prostředí v Leedsu, řekl: „Náš model naznačuje, že okysličování Země na úroveň, která dokáže udržet složitý život, bylo nevyhnutelné, jakmile se vyvinuli mikroby produkující kyslík. “
Srdcem tohoto nového modelu je cyklus mořských fosforů. Jejich model vytvořil stejný třífázový vzorec okysličení, který Země zažila „když byl poháněn pouze postupným posunem od redukce k oxidujícím povrchovým podmínkám v čase. Přechody jsou řízeny způsobem, jakým cyklus mořského fosforu reaguje na měnící se hladiny kyslíku a jak to ovlivňuje fotosyntézu, která vyžaduje fosfor. “
„Naše práce ukazuje, že vztah mezi cykly globálního fosforu, uhlíku a kyslíku je zásadní pro pochopení historie okysličení Země. To by nám mohlo pomoci lépe pochopit, jak se může obývat jiná planeta, než je ta naše, “uvedl vedoucí autor Dr. Benjamin Mills.
Takže pro některé z těchto exoplanet ještě existuje naděje.
Tato studie nebude v této věci posledním slovem. Je to však zajímavý výsledek, a pokud obstojí v dalším vědeckém zkoumání, může to mít dopad na to, jak charakterizujeme exoplanety, které jsme již našli, a tisíce dalších, které najdeme u TESS a dalších budoucích dalekohledů na vyhledávání planet.
Více:
- Tisková zpráva: Vdechnutí nového života do debaty o kyslíku na Zemi
- Výzkumná práce: Postupná oxygenace Země je vlastní vlastností globálního biogeochemického cyklování
- Článek: Prodyšné prostředí může být ve vesmíru běžnější, než jsme si původně mysleli
- Research Paper (2014): Vzestup kyslíku v raném oceánu a atmosféře Země
