Учени симулираха как би изглеждала Земята, ако животът никога не беше възникнал
Представете си Земя без нито един жив организъм. Без растения, животни, бактерии и, разбира се, хора. Дали тя щеше да прилича на планетата, която познаваме днес, или би се превърнала в съвсем различен свят? Учени решиха да проверят това с помощта на мащабна компютърна симулация, обхващаща милиарди години. Резултатите се оказаха изненадващи: дори без живот Земята вероятно би запазила условия, подходящи за неговото съществуване.
Животът на нашата планета е факт, макар все още да не знаем със сигурност как точно се е появил.
Но какво би станало, ако изобщо не беше възникнал?
Именно този въпрос си задават авторите на ново изследване, в което пресъздават алтернативна история на Земята, лишена от всякакви форми на живот.
Резултатите, публикувани в научното списание The Planetary Science Journal, далеч не са просто плод на научното въображение.
Те засягат един от важните въпроси в планетарната наука и хвърлят нова светлина върху т.нар. хипотеза за Гея.
Нуждае ли се Земята от живота, за да остане обитаема?
Според хипотезата за Гея, която не бива да се бърка с хипотезата за Тея въпреки сходните им имена от древногръцката митология, живите организми взаимодействат с неживата природа по начин, който спомага за поддържането на благоприятни условия на Земята.
С други думи, животът може да участва в регулирането на планетарната среда и да допринася за нейното относително равновесие. Учените наричат това явление планетарна хомеостаза.
В новото изследване екип, ръководен от астробиолога Саманта Гилбърт-Яничек от Вашингтонския университет, решава да провери как би се развивала Земята през милиардите години, ако животът никога не беше оказвал подобно влияние върху нея.
„Един от все още нерешените въпроси, свързани с развитието на Земята, е дали планетата би могла да остане обитаема в продължение на милиарди години без въздействието на живота върху околната среда“, пишат авторите в своя научен труд.
„Безспорно е, че биологичните процеси играят важна роля за условията на земната повърхност. Това ни отвежда до основния въпрос на изследването: необходим ли е животът, за да може една скалиста планета да остане обитаема в дългосрочен план?“
Пет милиарда години без нито един жив организъм
За да намерят отговор, Гилбърт-Яничек и колегите ѝ създават сложен компютърен модел на Земята, в който животът напълно отсъства. Всички останали характеристики на планетата обаче са запазени.
Моделът включва земното ядро, мантията, кората, атмосферата и океаните, както и слънчевата енергия, достигаща до повърхността. Учените проследяват и движението на химичните вещества между различните части на планетата.
Общо са взети предвид 19 основни характеристики, сред които преносът на топлина, химичният състав на океаните и температурите на повърхността.
След това изследователите проследяват развитието на тази виртуална Земя в продължение на 5 милиарда години – от приблизително времето на нейното формиране до около 500 милиона години в бъдещето.
Освен че предлага отговор на любопитния въпрос каква би била съдбата на една безжизнена Земя, симулацията може да се окаже ценен инструмент и при изучаването на далечни планети.
По-конкретно, тя би могла да помогне на астрономите да тълкуват химичните характеристики на техните атмосфери и да преценяват дали определени вещества действително са признак за наличие на живот.
„Този модел може да ни помогне да разберем как планети, на които има подходящи условия за живот, но самият той отсъства, биха могли да изглеждат подобно на планети, населени с живи организми“, обяснява Гилбърт-Яничек в съобщение на Вашингтонския университет.
„Когато анализираме наблюденията на атмосферата на някоя екзопланета, този инструмент ще ни помогне да преценим доколко вероятно е откритите от нас характеристики да са свидетелство за живот на повърхността.“
Земята би изглеждала изненадващо позната, но с една съществена разлика
Оказва се, че отсъствието на живот вероятно не би променило толкова драстично развитието на Земята, колкото бихме очаквали.
Най-голямата разлика би била липсата на значителни количества кислород в атмосферата, тъй като без живи организми няма да има и фотосинтеза.
Макар кислородът да е жизненоважен за повечето сложни форми на живот, неговото присъствие не е задължително условие, за да определят астрономите една планета като обитаема.
В астрономията понятието „обитаемост“ обикновено означава, че на повърхността на планетата могат да съществуват условия за наличие на вода в течно състояние.
А според симулацията безжизнената Земя би разполагала с количества вода, сходни с тези на действителната ни планета.
Този резултат има особено значение и за изследването на други светове. Например учените отдавна се опитват да установят какъв е бил климатът на Марс в далечното минало. Според някои изследвания Червената планета някога вероятно е била студен, но влажен свят, на който е имало течна вода.
Други проучвания показват, че мащабни наводнения са изиграли важна роля за оформянето на марсианската повърхност. Подобни открития подчертават колко важно е да разбираме връзката между климата, геоложките процеси и наличието на вода, дори когато не знаем дали на дадена планета някога е имало живот.
Природните процеси могат да поддържат благоприятен климат милиарди години
„Показваме, че планета, подобна на Земята, може да поддържа температури, подходящи за живот, в продължение на 4,5 милиарда години (и дори повече) единствено благодарение на процеси, които не зависят от живите организми. За регулирането на климата не е задължително да има биологична намеса“, обяснява екипът.
Тези процеси се наричат абиотични и протичат независимо от наличието на живот.
Един от най-важните механизми, които биха позволили на Земята да запази благоприятни условия толкова дълго време, е т.нар. карбонатно-силикатен цикъл.
Той се основава на взаимодействието между изветрянето на силикатните скали, отделянето на газове при вулканична дейност и химичните процеси в океаните.
Заедно тези процеси създават естествен механизъм за регулиране на климата, който ограничава резките промени в количеството въглероден диоксид в атмосферата и в температурите на повърхността.
„Карбонатно-силикатният цикъл, който се поддържа от взаимодействието между изветрянето на силикатните скали, отделянето на вулканични газове и химичните процеси в океаните, осигурява надежден механизъм на отрицателна обратна връзка. Благодарение на него концентрацията на въглероден диоксид (CO2) в атмосферата и температурите на повърхността остават в граници, подходящи за живот, въпреки че светимостта на Слънцето се е увеличила с приблизително 30 процента за 4,5 милиарда години“, обясняват учените.
Взаимодействието между една планета и нейната звезда е от решаващо значение за условията на повърхността ѝ. Затова изследователите изучават не само дългосрочните промени в слънчевата светимост, но и други прояви на активността на нашата звезда, включително слънчевите изригвания и механизмите, които ги предизвикват.
Означава ли това, че хипотезата за Гея е погрешна?
Не непременно.
Резултатите не опровергават хипотезата за Гея. Самите изследователи подчертават, че не могат да изключат възможността животът на Земята действително да допринася за стабилността на климата.
Те признават също, че компютърният им модел има редица ограничения и включва неизбежни опростявания.
Сред тях са някои допускания относно движението на тектоничните плочи, химичния състав на атмосферата и процесите, които регулират климата на планетата.
Въпреки това симулацията подсказва нещо важно: за да запази една скалиста планета условия, подходящи за живот, не е задължително на нея действително да има живи организми.
Това разграничение е особено съществено при търсенето на извънземен живот. Една планета може да има океани, атмосфера и сравнително благоприятен климат, без там непременно да са възникнали живи организми.
Ето защо астрономите се опитват да установят кои особености на далечните светове могат да се обяснят с чисто физични и химични процеси и кои действително биха могли да са резултат от биологична активност.
При подобни изследвания е важно да се отчита и влиянието на космическата среда върху планетите, включително ролята на радиационната защита на Земята.
Какво означава откритието за търсенето на извънземен живот?
„Резултатите ни показват, че дори без живот Земята би могла да се развие по начин, който да я направи сходна с днешната планета по отношение на геофизичните характеристики и климата. Основната разлика би била липсата на значителни количества кислород в атмосферата“, заключават изследователите.
„По този начин нашата работа допринася за продължаващия научен дебат около хипотезата за Гея, като подсказва, че животът и обитаемостта може да не са толкова тясно свързани, колкото се предполага.“
Изследването е публикувано в научното списание The Planetary Science Journal.
