Моделювання показало, якою могла би бути Земля, якби не існувало життя

Навіщо вчені стирали життя з історії планети?

Дослідники з Вашингтонського університету під керівництвом астробіологині Саманти Гілберт-Янізек перевірили, чи потрібне життя, щоб планета з твердою поверхнею лишалася придатною для існування впродовж мільярдів років. Результати опублікували в The Planetary Science Journal.

Робота також стосується гіпотези Геї (від давньогрецького – Земля). Вона стверджує, що життя на Землі взаємодіє з фізичним довкіллям так, що допомагає підтримувати умови для існування, ніби утримуючи своєрідну рівновагу всієї планети.

Як працює модель Землі без життя?

Команда створила складну комп'ютерну модель, яка враховує все, крім живих організмів: ядро, мантію, кору, атмосферу, океани та потік сонячної енергії. Вчені розрахували, як хімічні речовини циркулюють між різними частинами планети.

Загалом вони змоделювали 19 ключових характеристик, серед яких тепловий потік, хімічний склад океану та температура поверхні. Віртуальну Землю простежили впродовж 5 мільярдів років: від моменту її формування приблизно до 500 мільйонів років у майбутньому.

Відкрите питання щодо еволюції Землі полягає в тому, чи могла б вона лишатися придатною для життя впродовж мільярдів років без впливу життя на довкілля. Очевидно, біологія відіграє важливу роль у поверхневому середовищі Землі, і саме це спонукало нас до центрального питання: чи потрібне життя, щоб підтримувати довгострокову придатність кам'янистої планети?– прокоментували дослідники у своїй статті.

Що виявила симуляція?

Відсутність життя майже не змінила розвиток планети на мільярди років. Найпомітніша відмінність – брак кисню в атмосфері, адже без фотосинтезу він не утворюється.

Для більшості складних організмів кисень критично важливий. Однак в астрономії придатність планети для життя зазвичай визначають за її здатністю утримувати на поверхні рідку воду. За цим критерієм Земля без життя майже не відрізнялася від нашої: води на ній було стільки ж, скільки на справжній планеті.

Що підтримувало клімат без допомоги живих істот?

За словами авторів, ключову роль відіграв карбонатно-силікатний цикл. Він працює завдяки поєднанню вивітрювання силікатних порід, вулканічних викидів газів та хімії океану. Цей механізм діє як потужний негативний зворотний зв'язок: він утримує вуглекислий газ в атмосфері й температуру поверхні в безпечних межах. Це вдалося навіть попри те, що яскравість Сонця за 4,5 мільярда років зросла приблизно на 30%.

Дослідники зробили висновок, що Земля без життя могла б прийти до стану, схожого на сучасний, зокрема за глобальною геофізикою та кліматом, але без значної кількості кисню в атмосфері. На їхню думку, життя й придатність до нього можуть бути певною мірою відокремленими.

Чи спростовує це гіпотезу Геї?

Ні, результати її не спростовують. Автори зазначають, що не можуть виключити внесок життя в процеси, які посилюють стабільність клімату. Вони також визнають, що модель має обмеження та спрощення, зокрема щодо тектоніки плит, хімії атмосфери та процесів, які регулюють клімат планети.

Як це допоможе шукати життя на інших планетах?

Симуляції важливі й для пошуку позаземного життя. Вони допоможуть зрозуміти, які атмосферні та хімічні ознаки далеких світів справді вказують на біологію.

Ця модель допоможе зрозуміти, як придатні для життя, але неживі планети можуть імітувати живі– каже Гілберт-Янізек.

Вона додає, що під час аналізу атмосфери екзопланет цей інструмент допоможе оцінити ймовірність того, що спостережувані ознаки справді свідчать про життя на поверхні.