Дышащие атмосферы могут быть во Вселенной чаще, чем считалось
Поиск обитаемых инопланетных миров — давняя тема в культуре. Однако современные исследования часто снижают шансы найти миры, пригодные для жизни людей. Главным препятствием может быть кислород — людям нужна атмосфера с высоким содержанием O₂ для дыхания.
История Земли показывает, что рост уровня кислорода до современных значений был сложным. Считается, что Земля прошла через три этапа повышения кислорода:
- "Великое кислородное событие" (~2.4 млрд лет назад).
- "Неопротерозойское кислородное событие" (~800 млн лет назад).
- "Палеозойское кислородное событие" (~400 млн лет назад), когда уровень O₂ достиг современного пика в 21%.
Причины этих событий обсуждаются: роль приписывают новым организмам, изменившим планету (например, наземным растениям ~400 млн лет назад), тектоническим сдвигам или масштабным извержениям. Такая "событийная" история подразумевает, что нам повезло оказаться на высококислородной планете.
Однако новое компьютерное моделирование циклов углерода, кислорода и фосфора на Земле показало, что кислородные переходы можно объяснить внутренней динамикой планеты, без необходимости в уникальных событиях.
Фосфор — недостающее звено
Ключевым элементом в теориях оксигенации, по-видимому, является фосфор. Этот нутриент критически важен для фотосинтезирующих бактерий и водорослей в океане. Количество морского фосфора в конечном итоге контролирует, сколько кислорода производится на Земле.
Фотосинтез в океане зависит от фосфора, но высокий уровень фосфатов также стимулирует потребление кислорода в глубоком океане через процесс эвтрофикации. Когда фотосинтезирующие микробы умирают и разлагаются, это потребляет кислород из воды. При падении уровня O₂ осадки высвобождают ещё больше фосфора. Эта петля обратной связи быстро удаляет кислород.
На протяжении истории Земли вулканическая активность выделяла газы, которые реагируют и удаляют кислород из атмосферы. Потоки этих газов со временем уменьшились из-за остывания мантии Земли. Модель предполагает, что этого медленного снижения вместе с первоначальной эволюцией фотосинтезирующей жизни было достаточно для создания серии ступенчатых повышений уровня кислорода.
Эти ступенчатые повышения явно напоминают трёхэтапный рост кислорода в истории Земли. Модель также поддерживает текущее понимание оксигенации океана, которая, по-видимому, включала многочисленные циклы оксигенации и деоксигенации, прежде чем океаны стали устойчиво насыщенными кислородом, как сегодня.
Самое интересное, что эту картину оксигенации можно создать без необходимости в сложных эволюционных скачках или случайных катастрофических вулканических или тектонических событиях. Таким образом, оксигенация Земли могла быть неизбежной после эволюции фотосинтеза — а шансы на существование других миров с высоким содержанием кислорода могут быть гораздо выше.