De siste årene har eksplosjonen av eksoplanettfunn eksplodert. Noen av disse verdenene befinner seg i det vi anser som den "beboelige sonen", i det minste i foreløpige observasjoner. Men hvor mange av dem vil ha livsstøttende, oksygenrike atmosfærer i samme blodåre som jordens?
En ny studie antyder at pustende atmosfærer kanskje ikke er så sjeldne som vi trodde på planeter så gamle som Jorden.
Jorden tok lang tid å utvikle den oksygenrike atmosfæren som vi nyter nå. Inntil for omtrent 2,4 milliarder år siden hadde planeten vår mye mindre oksygen i sin atmosfære og hav. Det hele endret seg når en stor oksygeneringshendelse fant sted; den første av tre som formet jorden.
Tretrinnsmodellen for jordens oksygenering er ganske vidt forstått og akseptert, selv om den ikke er uten kontroverser. Modellen skisserer tre store skift i jordas historie, og hver forandrer jordens atmosfære vesentlig ved å tilsette mer oksygen.
De tre arrangementene var:
- Den store oksidasjonshendelsen skjedde for rundt 2,4 milliarder år siden under den paleo-proterozoiske epoken. I dette tilfellet produserte biologisk oksygen akkumulert i havene og atmosfæren, noe som sannsynligvis fører til en første masseutryddelse.
- Hendelsen Neoproterozoic Oxygenation så en dramatisk økning i oksygennivået, og gikk foran den kambriske eksplosjonen for omtrent 540 millioner år siden.
- Paleozoic Oxygenation Event skjedde for rundt 400 millioner år siden og så oksygen nå sitt nåværende nivå på rundt 21%.
Historien om jordens oksygenering er komplisert. Det var ikke en lineær progresjon. Først ble oksygen produsert som et avfallsbiprodukt av livsformer, og mye av det ble absorbert av jordskorpen. Oksygen er svært reaktiv og det dannet alle slags forbindelser med andre elementer og ble låst i jordskorpen. Spesielt reagerte det med jern for å produsere jernoksid i den geologiske referansen, en av våre beste indikatorer på når oksygen kom inn i atmosfæren.
Det er imidlertid mye debatt rundt denne modellen. I følge en forståelse av modellen produserte fotosyntetiske bakterier i havet mye av det tidlige oksygenet. Så kom landbaserte planeter med hundrevis av millioner av år senere, og økte oksygennivået igjen. Det er også bevis på at platetektonikk og massive vulkanutbrudd spilte en rolle.
En artikkel av forfatterne av denne nye studien sier at denne modellen innebærer at det kreves et visst hell for å skape en oksygenrik verden. "Hvis ett vulkanutbrudd ikke hadde skjedd, eller en bestemt type organisme ikke hadde utviklet seg, kan oksygen ha stoppet opp på lave nivåer," heter det.
Men det er kanskje ikke tilfelle.
Deres nye studie heter tittelen “Stepvis Earth oksygenering er en iboende egenskap ved global biogeokjemisk sykling”, og ordet “iboende” er nøkkelen her. Forfatterne sier at når vi hadde riktige mikrober og platetektonikk, som begge ble etablert for 3 milliarder år siden, var det bare et spørsmål om tid før vi nådde oksygennivået vi har nå. Uansett vulkaner og landbaserte planter.
“Denne forskningen tester virkelig vår forståelse av hvordan Jorden ble oksygenrik og dermed kunne støtte intelligent liv.“
Lewis Alcott, hovedforfatter, Earth Surface Science Institute, Leeds University.
I stedet for ytre krefter, var det "et sett med interne tilbakemeldinger som involverte den globale fosfor-, karbon- og oksygensyklusen" som førte til jordens oksygenering, som studien sier. Faktisk ville disse syklusene "produsert det samme tretrinnsmønsteret som ble observert i den geologiske referansen."
Det hele kommer ned på dette, fra papiret: "Vi konkluderer med at jordens oksygeneringshendelser er helt i samsvar med gradvis oksygenering av planetoverflaten etter utviklingen av oksygenisk fotosyntese."
Men hvordan kom de fram til den konklusjonen?
Forskerne er fra Leeds University i Storbritannia. Hovedforfatter er Lewis J. Alcott, en doktorgradsstudent med base i Earth Surface Science Institute. Alcott og de andre forskerne jobbet med en veletablert modell av marin biogeokjemi og modifiserte den. De kjørte modellen over hele Jordens historie, og fant ut at den produserte de tre viktigste oksygeneringshendelsene av seg selv.
I en pressemelding sa Alcott: "Denne forskningen tester virkelig vår forståelse av hvordan Jorden ble oksygenrik og dermed kunne støtte intelligent liv."
Den dominerende tankegangen bak jordens oksygeneringshistorie er avhengig av et par brede kategorier av hendelser for å forklare det. Den ene er store evolusjonsutviklingen i livsformer som produserer oksygen. I utgangspunktet “biologiske revolusjoner”, der livsformer ble mer komplekse og konstruerte et oksygenrikt miljø. Den andre kategorien er tektoniske revolusjoner: en dramatisk og spesiell økning i tektonisk aktivitet, inkludert betydelig vulkansk aktivitet, som forandret skorpen og førte til større oksygennivå.
Det har vært mye debatt rundt den eksakte naturen til begge de brede kategoriene, men denne nye studien gir forskere noe mer å tenke på. I stedet for å stole på "trinnvise" hendelser som kan pekes ut i den geologiske referansen for å forklare oksygenering, peker den nye studien på tilbakemeldingssykluser mellom fosfor, karbon og oksygen.
Studien antyder også at oksygenering var uunngåelig.
Studier som medforfatter professor Simon Poulton, også fra School of Earth and Environment at Leeds, sa: “Vår modell antyder at oksygenering av jorden til et nivå som kan opprettholde et komplekst liv var uunngåelig, når mikroberne som produserer oksygen hadde utviklet seg. ”
Kjernen i denne nye modellen er den marine fosforsyklusen. Deres modell produserte det samme tretrinns oksygeneringsmønster som Jorden opplevde “når de bare ble drevet av et gradvis skifte fra reduserende til oksiderende overflateforhold over tid. Overgangene blir drevet av måten den marine fosforsyklusen reagerer på endrede oksygennivåer, og hvordan dette påvirker fotosyntesen, som krever fosfor. ”
"Arbeidet vårt viser at forholdet mellom den globale syklusen av fosfor, karbon og oksygen er grunnleggende for å forstå jordens oksygeneringshistorie. Dette kan hjelpe oss til å forstå bedre hvordan en annen planet enn vår egen kan bli beboelig, sier seniorforfatter Dr. Benjamin Mills.
Så det er håp for noen av disse eksoplanetene ennå.
Denne studien vil ikke være det siste ordet om saken. Men det er et spennende resultat, og hvis det står opp til videre vitenskapelig granskning, kan det godt påvirke hvordan vi karakteriserer eksoplanetene vi har funnet allerede, og de tusenvis flere vi finner med TESS og andre fremtidige planetfunnende teleskoper.
Mer:
- Pressemelding: Å puste nytt liv i jordens oksygendebatt
- Forskningsartikkel: Trinnvis oksygenering av jorden er en iboende egenskap ved global biogeokjemisk sykling
- Artikkel: Pustende atmosfærer kan være mer vanlig i universet enn vi først trodde
- Research Paper (2014): Økningen av oksygen i jordas tidlige hav og atmosfære
