Etsiessään mahdollisesti asuttavia aurinkoplaneettoja, tiedemiehiä rajoittaa jonkin verran se, että tiedämme vain yhden planeetan, jolla on elämää (eli maapallon). Tästä syystä tutkijat etsivät planeettoja, jotka ovat maanpäällisiä (eli kivisiä), kiertävät tähtensä asumiskelpoisilla vyöhykkeillä ja osoittavat merkkejä biosignatuureista, kuten ilmakehän hiilidioksidista – mikä on välttämätöntä elämälle sellaisena kuin me sen tunnemme.
Tämä kaasu, joka on suurelta osin seurausta vulkaanisesta toiminnasta täällä maan päällä, lisää pintalämpöä kasvihuoneilmiön kautta ja kiertää maanalaisen ja ilmakehän välillä luonnollisten prosessien kautta. Tästä syystä tiedemiehet ovat pitkään uskoneet, että levytektoniikka on elintärkeää. Kuitenkin mukaan a uusi tutkimus Pennsylvania State University -yliopiston tiimin toimesta, tämä ei välttämättä pidä paikkaansa.
Tutkimus, jonka otsikko on ' Hiilen kiertokulku ja Maan kokoisten pysähtyneiden kansiplaneettojen asuttavuus ', julkaistiin äskettäin tieteellisessä lehdessäAstrobiologia. Tutkimuksen suorittivat Bradford J. Foley ja Andrew J. Smye, kaksi apulaisprofessoria Pennsylvania State Universityn geotieteiden laitokselta.
Maan tektoniset levyt. Luotto: msnucleus.org
Maapallolla vulkanismi on seurausta levytektoniikasta ja tapahtuu kahden laatan törmäyksessä. Tämä aiheuttaa subduktion, jossa yksi levy työnnetään toisen alle ja syvemmälle pinnan alle. Tämä subduktio muuttaa tiheän vaipan kelluvaksi magmaksi, joka nousee kuoren läpi maan pinnalle ja muodostaa tulivuoria. Tämä prosessi voi myös auttaa hiilen kiertokulkua työntämällä hiiltä vaippaan.
Levytektoniikan ja vulkanismin uskotaan olleen keskeisiä elämän syntymiselle täällä maan päällä, koska ne takasivat, että planeetallamme oli riittävästi lämpöä nestemäisen veden ylläpitämiseen pinnallaan. Tämän teorian testaamiseksi professorit Foley ja Smye loivat malleja määrittääkseen, kuinka asuttava maapallon kaltainen planeetta olisi ilman levytektoniikkaa.
Näissä malleissa otettiin huomioon lämmönkehitys, maankuoren tuotanto ja CO2pyöräily rajoittaakseen kivisten, Maan kokoisten seisovien kansiplaneettojen asuttavuutta. Nämä ovat planeettoja, joiden kuori koostuu yhdestä, jättiläismäisestä pallomaisesta levystä, joka kelluu vaipan päällä, eikä erillisinä paloina. Tällaisten planeettojen uskotaan olevan paljon yleisempiä kuin laattatektonisia planeettoja, sillä maapallon ulkopuolisilla planeetoilla ei ole vielä vahvistettu tektonisia levyjä. Kuten professori Foley selitti Penn State Newsissa Lehdistötiedote :
'Vulkanismi vapauttaa kaasuja ilmakehään, ja sitten sään kautta hiilidioksidia vedetään ilmakehästä ja sitoutetaan pintakiviin ja sedimenttiin. Näiden kahden prosessin tasapainottaminen pitää hiilidioksidin tietyllä tasolla ilmakehässä, mikä on todella tärkeää, pysyykö ilmasto lauhkeana ja elämään sopivana.
Maan kartta, joka näyttää murtumisviivat (sininen) ja vulkaanisen toiminnan vyöhykkeet (punainen). Luotto: zmescience.com
Pohjimmiltaan niiden mallit ottivat huomioon, kuinka paljon lämpöä pysähtyneen kansiplaneetan ilmasto voisi säilyttää planeetan muodostuessa läsnä olevan lämmön ja lämpöä tuottavien elementtien määrän perusteella (eli sen alkuperäinen lämpöbudjetti). Maapallolla näihin alkuaineisiin kuuluu uraani, joka hajoaessaan tuottaa toriumia ja lämpöä, joka sitten hajoaa tuottaen kaliumia ja lämpöä.
Suoritettuaan satoja simulaatioita, jotka vaihtelivat planeetan kokoa ja kemiallista koostumusta, he havaitsivat, että pysähtyneet kansiplaneetat pystyisivät ylläpitämään riittävän lämpimiä lämpötiloja, jotta nestemäistä vettä voisi olla niiden pinnalla miljardeja vuosia. Äärimmäisissä tapauksissa ne voivat ylläpitää elämää ylläpitäviä lämpötiloja jopa 4 miljardia vuotta, mikä on melkein Maan ikä.
Kuten Smye ilmoitettu , tämä johtuu osittain siitä tosiasiasta, että levytektoniikka ei aina ole välttämätöntä tulivuoren toiminnan kannalta:
'Sinulla on edelleen vulkanismia pysähtyneillä kansiplaneetoilla, mutta se on paljon lyhyempi kuin planeetoilla, joilla on levytektoniikka, koska siellä ei ole niin paljon pyöräilyä. Tulivuoret aiheuttavat peräkkäisiä laavavirtauksia, jotka hautautuvat kuin kakkukerrokset ajan myötä. Kivet ja sedimentit lämpenevät sitä enemmän, mitä syvemmälle ne haudataan.'
Kuva Sarychev-tulivuoresta (Venäjän Kurilsaarilla), joka saatiin kiinni purkauksen alkuvaiheessa 12. kesäkuuta 2009. Astronautit ottivat sen kansainvälisellä avaruusasemalla. Kiitos: NASA
Tutkijat havaitsivat myös, että ilman levytektoniikkaa pysähtyneillä kansiplaneetoilla voisi silti olla tarpeeksi lämpöä ja painetta kokeakseen kaasunpoiston, jolloin hiilidioksidikaasu voi karata kivistä ja päästä tiensä pintaan. Maapallolla, Smye sanoi, sama prosessi tapahtuu veden kanssa subduktiovika-alueilla. Tämä prosessi lisääntyy planeetalla olevien lämpöä tuottavien alkuaineiden määrän mukaan. Kuten Foley selitti :
'On olemassa makea paikka, jossa planeetta vapauttaa tarpeeksi hiilidioksidia estääkseen planeetan jäätymisen, mutta ei niin paljon, ettei sää voisi vetää hiilidioksidia pois ilmakehästä ja pitää ilmaston lauhkeana.'
Tutkijoiden mallin mukaan lämpöä tuottavien alkuaineiden läsnäolo ja määrä olivat paljon parempia indikaattoreita planeetan kyvystä ylläpitää elämää. Simulaatioidensa perusteella he havaitsivat, että planeetan alkuperäinen koostumus tai koko on erittäin tärkeä määritettäessä, tuleeko siitä asuttava vai ei. Tai kuten he sanovat, planeetan mahdollinen asuttavuus määräytyy syntymässä.
Osoittamalla, että pysähtyneet kansiplaneetat voisivat edelleen tukea elämää, tämä tutkimus voi laajentaa huomattavasti tutkijoiden mielestä mahdollisesti asumiskelpoisena. Kun James Webbin avaruusteleskooppi (JWST) otetaan käyttöön vuonna 2021, se tutkii seisovien kansiplaneettojen ilmakehää määrittääkseen biosignatureiden (kuten CO:n) esiintymisen2) on tärkeä tieteellinen tavoite.
Tietäminen, että useammat näistä maailmoista voisivat ylläpitää elämää, on varmasti hyvä uutinen niille, jotka toivovat löytävämme todisteita maan ulkopuolisesta elämästä elämämme aikana.
Lisälukemista: PennState , Astrobiologia