Что ранняя Земля может рассказать нам о поиске жизни?
Современная Земля не может служить основой для оценки экзопланет и их потенциала для поддержания жизни, так как её атмосфера радикально менялась на протяжении 4.5 миллиардов лет. Лучший подход — определить, какие биомаркеры присутствовали в атмосфере Земли на разных этапах её эволюции, и оценивать другие планеты на этой основе.
Исследователи из Великобритании и США в работе "The early Earth as an analogue for exoplanetary biogeochemistry" (arXiv) под руководством профессоры Евы Е. Штюкен выделили ключевые уроки ранней Земли для поиска жизни.
Четыре урока ранней Земли
Три разные атмосферы. Земля имела три последовательные атмосферы: первичную (из солнечной туманности), вторичную (из-за дегазации недр) и современную — сложный баланс жизни, тектоники плит, вулканизма и атмосферных потерь.
Древняя жизнь в океане. Самые ранние свидетельства жизни относятся к 3.5–3.7 млрд лет назад. Тогда мир мог быть покрыт океаном с вулканическими островами. Обильные выбросы CO2 и H2 могли поддерживать высокий уровень метана в атмосфере — потенциально обнаружимого биомаркера.
Кислород — поздний признак. Кислородный фотосинтез, вероятно, появился в середине архея (~3.25 млрд лет назад), но накопление кислорода в атмосфере (Великое кислородное событие) произошло лишь около 2.4 млрд лет назад. Жизнь может существовать долго до появления обнаружимого атмосферного кислорода.
Влияние тектоники плит. После Великого кислородного события горизонтальная тектоника плит, похожая на современную, повлияла на химию океана. Гидротермальная активность повышала уровень сульфатов, что снижало содержание метана в атмосфере, делая биосферу менее обнаружимой.
Вывод для поиска жизни
Эволюция Земли от полностью бескислородной планеты с иным тектоническим режимом до современного кислородного мира показывает, что биосферы могут существовать в очень разных условиях. Задача для астрономии — дистанционно распознавать признаки инопланетных биосфер по спектрам атмосфер с помощью телескопов (как JWST), а в будущем — возможно, и по глобальным поверхностным признакам.
Понимание сложной биогеохимической истории Земли и её связи с наблюдаемыми спектральными сигналами — ключевой фактор для разработки инструментов и стратегии поиска жизни во Вселенной.
Примечание: В исходной статье автор исследования была ошибочно названа аспиранткой. Д-р Ева Е. Штюкен является профессором Школы наук о Земле и окружающей среде Университета Сент-Эндрюс, Великобритания.