Моделирование показало, какой могла бы быть Земля, если бы на ней не было жизни

Зачем ученые стирали жизнь из истории планеты?

Исследователи из Вашингтонского университета под руководством астробиолога Саманты Гилберт-Янизек проверили, нужна ли жизнь, чтобы планета с твердой поверхностью оставалась пригодной для существования на протяжении миллиардов лет. Результаты опубликованы в журнале The Planetary Science Journal.

Работа также касается гипотезы Геи (от древнегреческого – Земля). Она гласит, что жизнь на Земле взаимодействует с физической средой таким образом, что помогает поддерживать условия для существования, словно удерживая своеобразное равновесие всей планеты.

Как работает модель Земли без жизни?

Команда создала сложную компьютерную модель, которая учитывает все, кроме живых организмов: ядро, мантию, кору, атмосферу, океаны и поток солнечной энергии. Ученые рассчитали, как химические вещества циркулируют между различными частями планеты.

Всего они смоделировали 19 ключевых характеристик, среди которых тепловой поток, химический состав океана и температура поверхности. Виртуальную Землю проследили на протяжении 5 миллиардов лет: от момента ее формирования примерно до 500 миллионов лет в будущем.

Открытый вопрос об эволюции Земли заключается в том, могла ли она оставаться пригодной для жизни на протяжении миллиардов лет без влияния жизни на окружающую среду. Очевидно, что биология играет важную роль в поверхностной среде Земли, и именно это подтолкнуло нас к центральному вопросу: нужна ли жизнь для поддержания долгосрочной пригодности каменистой планеты?– прокомментировали исследователи в своей статье.

Что показала симуляция?

Отсутствие жизни почти не изменило развитие планеты на протяжении миллиардов лет. Самое заметное отличие – недостаток кислорода в атмосфере, ведь без фотосинтеза он не образуется.

Для большинства сложных организмов кислород имеет критическое значение. Однако в астрономии пригодность планеты для жизни обычно определяют по ее способности удерживать на поверхности жидкую воду. По этому критерию Земля без жизни почти не отличалась от нашей: воды на ней было столько же, сколько на настоящей планете.

Что поддерживало климат без помощи живых существ?

По словам авторов, ключевую роль сыграл карбонатно-силикатный цикл. Он работает благодаря сочетанию выветривания силикатных пород, вулканических выбросов газов и химии океана. Этот механизм действует как мощная отрицательная обратная связь: он удерживает углекислый газ в атмосфере и температуру поверхности в безопасных пределах. Это удалось даже несмотря на то, что яркость Солнца за 4,5 миллиарда лет возросла примерно на 30%.

Исследователи пришли к выводу, что Земля без жизни могла бы прийти к состоянию, схожему с современным, в частности по глобальной геофизике и климату, но без значительного количества кислорода в атмосфере. По их мнению, жизнь и пригодность для нее могут быть в определенной степени отделены друг от друга.

Опровергает ли это гипотезу Геи?

Нет, результаты ее не опровергают. Авторы отмечают, что не могут исключить вклад жизни в процессы, усиливающие стабильность климата. Они также признают, что модель имеет ограничения и упрощения, в частности в отношении тектоники плит, химии атмосферы и процессов, регулирующих климат планеты.

Как это поможет в поиске жизни на других планетах?

Симуляции важны и для поиска внеземной жизни. Они помогут понять, какие атмосферные и химические признаки далеких миров действительно указывают на наличие биологии.

Эта модель поможет понять, как пригодные для жизни, но неживые планеты могут имитировать живые– говорит Гилберт-Янизек.

Она добавляет, что при анализе атмосферы экзопланет этот инструмент поможет оценить вероятность того, что наблюдаемые признаки действительно свидетельствуют о жизни на поверхности.