Ученые из Японии и США предложили новые способы изучения внеземной жизни
Ученые из Японии и США сделали прогноз о времени жизни атмосферы на Земле, сообщает журнал Nature Geoscience.
Казуми Озаки из университета Тохо, Япония и Кристофер Райнхард из технологического университета Джорджии, США, построили стохастическую модель геохимических циклов, описывающую циклы кислорода, связанного углерода, фосфора и серы в атмосфере, биосфере, океанах и земной коре в течении миллиардов лет. Исследователи запустили более 400 тысяч симуляций с различными параметрами и отобрали 4.787 из них, верно предсказывающих существующие условия на Земле на основе данных из прошлого. Продлив предсказания этих моделей в будущее, ученые сделали некоторые выводы о будущем Земли и ее атмосферы.
Как оказалось, среднее время существование кислородной атмосферы не может превышать 1,08 млрд лет, через такой срок концентрация кислорода снизится менее 1% от текущего уровня и жизнь на Земле станет невозможной. Вызвано это будет снижением активности биосферы, высвобождающей свободный кислород, и фиксацией свободного углекислого газа. В свою очередь, биосфера снизит свою активность из-за увеличения яркости Солнца, которое сделает через 500 млн лет невозможным фотосинтез типа C3, который является основным типом фотосинтеза современных растений.
Модели предсказывают постоянное уменьшение концентрации углекислого газа в атмосфере, которое будет будет происходить из-за активности растений, переводящих углерод в связанные формы, которые будут захораниваться в геологических структурах. Также углекислый газ фиксируется за счет окислительно-восстановительных процессов. Обратный процесс, то есть высвобождение углекислого газа из мантии вулканами либо превращение геологических отложений связанного углерода с выделением углекислого газа, будет замедляться со временем. Через 500 млн лет концентрация углекислого газа в атмосфере упадет в десятки раз меньше современных значений. При этом, повысится концентрация метана в атмосфере, прогноз предсказывает появление «органического тумана», который будет иметь пока не изученное влияние на охлаждение Земли за счет экранирования.
Исследователи считают, что различные неучтенные моделью процессы выделения углекислого газа имеют второстепенное значение. Концентрация кислорода в атмосфере зависит, по мнению ученых, только от двух факторов — увеличения яркости Солнца и охлаждения мантии. Влияние «органического тумана», а также более мелких факторов предстоит еще только изучить.
Новизна модели заключается во впервые учтенном факторе окислительно-восстановительного баланса между корой и мантией, что позволило получать устойчивые прогнозы концентраций газов на миллиарды лет вперед. Состояние «парникового эффекта» наступит, по прогнозу, только через примерно 2 млрд лет, то есть, после резкого снижения концентрации кислорода.
Непосредственным применением построенной модели могут быть новые идеи для анализа экзопланет на предмет наличия на них жизни в прошлом или настоящем. Наличие озона, имеющего спектральные линии в ультрафиолетовой области спектра, и обнаруживающегося вещества легче, чем кислород, позволит сделать выводы об этапе развития биосферы на экзопланете. «Органический туман» в атмосфере экзопланеты также может многое сказать о внеземной жизни, существующей в прошлом этой экзопланеты.
