Жизнь развивается при стабильных температурах. На Земле поддержание постоянной температуры облегчается в связи с наличием углеродного цикла. В новом исследовании ученые разработали модель, которая прогнозирует наличие или отсутствие углеродного цикла на экзопланете, исходя из информации о ее массе, размере ядра и количестве CO2 в атмосфере.
В поисках жизни на планетах, расположенных за пределами Солнечной системы, у астрономов нет возможности как следует рассмотреть поверхность планеты. Пространственное разрешение современных телескопов много меньше той величины, которая необходима для этого. Экзопланеты слишком малы для подробных оптических наблюдений и расположены слишком далеко от нас. Однако много информации о составе атмосферы планеты оказывается «зашифровано» в спектре проходящего сквозь нее звездного света. При этом спектрального разрешения современных телескопов оказывается достаточно для «дешифровки». Таким образом ученые определяют состав вещества атмосферы экзопланеты. С точки зрения поисков жизни CO2 представляет интерес, поскольку углеродный цикл оказывает демпфирующее действие на изменения температуры на планете. Благодаря этому циклу, на Земле всегда поддерживались подходящие для жизни температуры, несмотря на то, что Солнце стало на 20 процентов ярче за последние несколько миллиардов лет.
Теперь ученые разработали модель, которая связывает массу и размер ядра планеты с количеством CO2 в атмосфере при условии наличия углеродного цикла. Если выяснить все три эти величины при помощи наблюдений, проводимых с использованием телескопов, то модель скажет о том, имеется ли на планете углеродный цикл. Масса и размер ядра планеты являются важным фактором, поскольку они оказывают сильное влияние на тектонику плит, играющую ключевую роль в углеродном цикле.
Механизм «демпфирующего» или «буферного» действия углеродного цикла на изменение температуры на планете включает несколько этапов. При нагреве планеты усиливается поглощение CO2 поверхностью и количество парниковых газов в атмосфере сокращается, в то время как при снижении температуры эти процессы протекают в обратном направлении. Первым этапом цикла является эрозия: горные породы реагируют с CO2 и дождевой водой, формируя бикарбонат (HCO3). Последний откладывается на дне моря в форме осадочной породы (напр. CaCO3), в то время как небольшое количество углерода остается в форме растворимого остатка в морской воде. В результате тектоники литосферных плит эти осадочные породы переносятся в мантию Земли. Возврат CO2 в атмосферу Земли происходит с вулканическими газами при извержениях вулканов.
«Мы не знаем, существует ли во Вселенной еще хотя бы одна планета с тектоникой плит и углеродным циклом, — сказал Марк Остерлоо (Mark Oosterloo), главный автор нового исследования. – В нашей Солнечной системе Земля является единственной планетой с углеродным циклом. Мы надеемся, что наша модель поможет обнаружить экзопланету с углеродным циклом, на поверхности которой может существовать жизнь».
Иллюстрация к статье:
Обсуждение