Naslovnica SCI-TECH Koja je najbolja mješavina okeana za sletanje za nastanjivu planetu?

Koja je najbolja mješavina okeana za sletanje za nastanjivu planetu?

49
0

Zemlja čini oko 29% kopna i 71% okeana. Koliko je ta mješavina značajna za nastanjivost? Šta nam govori o nastanjivosti egzoplaneta?

Postoji vrlo malo mjesta na Zemlji gdje život nema uporište. Više faktora doprinosi ukupnoj nastanjivosti naše planete: obilje tekuće vode, tektonika ploča, sastav mase, blizina Sunca, magnetosfera, itd.

Koju ulogu igra odnos okeana i kopna?

Uklonite sve oglase na Universe već danas

Pridružite se našem Patreonu za samo $3!

Dobijte doživotno iskustvo bez oglasa

Naše razumijevanje nastanjivosti je u ovom trenutku prilično grubo, iako je zasnovano na dokazima. Oslanjamo se na nastanjivu zonu oko zvijezda kako bismo locirali potencijalno nastanjive egzoplanete. To je faktor koji je lako utvrditi sa velike udaljenosti i zasnovan je na potencijalu tečne vode na planetama.

Još uvijek crtamo širu, detaljniju sliku nastanjivosti i znamo da stvari kao što su tektonika ploča, sastav mase, magnetosfera, sastav i pritisak atmosfere i drugi faktori igraju ulogu u nastanjivosti. Ali šta je sa omjerom okeana i kopna na planeti?

Nova studija detaljno ispituje taj odnos. Studija je “Raznolikost frakcija zemlje na planetama sličnim Zemlji i implikacije na njihovu nastanjivost” Rad je dostavljen časopisu Astrobiology i dostupan je na web-stranici arxiv.org. Još uvijek nije recenzirano.

Autori su Dennis Höning i Tilman Spohn. Höning je s Potsdamskog instituta za istraživanje uticaja klime u Njemačkoj, gdje se fokusira na vezu između planetarne fizike i nauka o Zemljinom sistemu. Spohn je izvršni direktor Međunarodnog instituta za svemirske nauke u Bernu, Švicarska. Spohn je također bio glavni istraživač za “krtice” instrumenta InSight lendera, paketa toplotnog toka i fizičkih svojstava (HP3.)

Tektonika ploča i srodni faktori su u korijenu problema. Tektonika ploča je kretanje kontinentalnih ploča na površini Zemlje dok se kreću po vrhu plašta. Tektonika ploča je još uvijek aktivno područje istraživanja, a čak i sa svime što smo naučili, još uvijek postoji mnogo toga što naučnici ne znaju.

Jedan od kritičnih faktora u tektonici ploča je princip „transportne trake“. Kaže da kako se ploče potiskuju natrag u plašt na konvergentnim granicama ploča, nova okeanska kora se stvara na divergentnim granicama, što se naziva širenje morskog dna. Rezultat je da Zemljin omjer zemlje i okeana ostaje dosljedan.

Uz taj omjer koji ostaje dosljedan, ostali faktori također ostaju dosljedni. A ako ti faktori podstiču biosferu, to je dobro za nastanjivost. Jedna od tih stvari su hranljive materije.

Izloženo zemljište podložno je vremenskim utjecajima, što prenosi hranjive tvari širom svijeta. Zemljine kontinentalne police su biološki bogate oblasti. Jedan od razloga je taj što svi nutrijenti koji istječu sa kontinenata završavaju na policama. Dakle, kontinenti i njihove police sadrže većinu Zemljine biomase, dok je mnogo manje u dubokom okeanu.

Kontinentalne police, prikazane u tirkiznoj boji, bogate su hranjivim tvarima zbog vremenskih utjecaja kontinenata.  Image Credit: coastalwiki.org
Kontinentalne police, prikazane u tirkiznoj boji, bogate su hranjivim tvarima zbog vremenskih utjecaja kontinenata. Image Credit: coastalwiki.org

Toplina je još jedan faktor u tektonici ploča i nastanjivosti. Kontinenti djeluju kao pokrivač preko plašta, pomažući Zemlji da zadrži toplinu. Ali taj ukupni efekat je ublažen iscrpljivanjem radioaktivnih elemenata u plaštu. Radioaktivni raspad elemenata kao što je uranijum u plaštu stvara toplotu koja je zarobljena efektom pokrivača kontinenata. Istovremeno, obnova kore kroz tektoniku dovodi više ovih elemenata u koru, gdje se njihova toplina efikasnije odlaže.

Zemljin omotač je konvektivan, a kontinenti djeluju kao pokrivač, pomažući Zemlji da zadrži toplinu.  Kako vrijeme odmiče, radioaktivni elementi, koji proizvode toplinu dok se raspadaju, iscrpljuju se u omotaču dok stignu do kore uzdizanjem.  Zasluge za sliku: Wikimedia Commons
Zemljin omotač je konvektivan, a kontinenti djeluju kao pokrivač, pomažući Zemlji da zadrži toplinu. Kako vrijeme prolazi, radioaktivni elementi, koji proizvode toplinu dok se raspadaju, iscrpljuju se u omotaču dok stignu do kore uzdizanjem. Zasluge za sliku: Wikimedia Commons

Krug ugljika na Zemlji je također ključan za održavanje života. Na taj ciklus utiče tektonika ploča, kao i odnos zemlje i okeana. Vremenske promjene kontinenata uklanjaju ugljik iz atmosfere otprilike u ravnoteži s ugljikom koji iz plašta emituju vulkani.

Zatim je tu sadržaj vode u plaštu. Više vode u omotaču smanjuje viskozitet plašta, definisan kao otpor protoku. Sadržaj vode u plaštu je dio povratne sprege s temperaturom plašta. Kako više vode ulazi u plašt, lakše teče. To povećava konvekciju, koja oslobađa više topline iz plašta.

Kako se objašnjava u radu, svi ovi faktori su povezani, obično u povratnoj sprezi.

Ova slika iz rada ilustruje cikluse povratnih informacija koji povezuju kontinentalnu pokrivenost (zelena), koncentraciju vode u plaštu (plava) i temperaturu plašta (crvena).  Image Credit: Höning i Spohn, 2022.
Ova slika iz rada ilustruje cikluse povratnih informacija koji povezuju kontinentalnu pokrivenost (zelena), koncentraciju vode u plaštu (plava) i temperaturu plašta (crvena). Image Credit: Höning i Spohn, 2022.

Svi ovi i drugi faktori se kombinuju na Zemlji kako bi stvorili robusnu nastanjivost. Kada bi Zemljin omjer kopna i vode bio pristrasan prema većem kopnu, tada bi klima bila mnogo suša, a veliki dijelovi kontinenata mogli bi biti hladne, suhe pustinje, a biosfera možda ne bi bila dovoljno velika da proizvede atmosferu bogatu kisikom.

Suprotno tome, ako je bilo mnogo više vode, možda će doći do nedostatka hranjivih tvari zbog kontinentalnog vremena. Taj nedostatak hranljivih materija takođe zabranjuje dovoljno veliku biosferu potrebnu za stvaranje atmosfere bogate kiseonikom neophodnu za složen život i bogatiju biosferu.

U svom radu autori su razmatrali nastanjivost planeta na osnovu odnosa kopna i okeana.  Uporedili su uglavnom kopnenu planetu, sa Zemljom, sa većinom okeanskom planetom.  Image Credit: Europlanet 2024 RI/T.  Roger
U svom radu, autori su razmatrali nastanjivost planeta na osnovu odnosa kopna i okeana. Uporedili su uglavnom kopnenu planetu, sa Zemljom, sa većinom okeanskom planetom. Image Credit: Europlanet 2024 RI/T. Roger

Postoji izuzetna količina detalja u Zemljinoj tektonici, i nemoguće je sve to modelirati. Pogotovo jer naučnici nisu postigli konsenzus o mnogim detaljima. Mnogo toga je skriveno od istraživača. Oni još nemaju dovoljno dokaza da donesu čvrste zaključke.

Ova studija se oslanjala na naučno modeliranje kako bi shvatila kako planete imaju različite omjere zemlje i okeana. Höning i Spohn su modelirali tri glavna procesa koji stvaraju omjer kopna i okeana: rast kontinentalne kore, razmjenu vode između rezervoara na površini i iznad površine (okeani, atmosfera) iu plaštu i hlađenje konvekcijom plašta.

iz novina:

“Ovi procesi su povezani konvekcijom plašta i tektonikom ploča sa:

  • topljenje i vulkanizam povezano sa zoni subdukcije, i kontinentalna erozija koja upravlja rastom kontinenata
  • otplinjavanje vode plašta kroz vulkanizam i regasiranje kroz subdukciju koja upravlja budžetom vode
  • prijenos topline kroz konvekciju plašta koja upravlja toplinskom evolucijom.”

Autori su došli do jednog temeljnog zaključka. “…širenje kontinentalne pokrivenosti planeta sličnih Zemlji određeno je snagom pozitivne i negativne povratne sprege u rastu kontinenta i odnosom između termičkog pokrivanja i iscrpljivanja radioaktivnih izotopa nakon rasta kontinentalne kore”, pišu oni. “Neizvjesnost u vrijednostima ovih parametara predstavlja glavnu nesigurnost u modelu.”

Ove povratne petlje će biti prisutne na bilo kojoj planeti s tektonskom aktivnošću i vodom. Relativnu snagu ovih petlji je teško kvantificirati. Vjerovatno postoji zbunjujući broj faktora u igri u populaciji egzoplaneta.

Nijedan istraživač ne može modelirati svaki pojedinačni faktor, ali ovo istraživanje se svodi na povratnu spregu između svih faktora i da li su oni pozitivni ili negativni. Snažna negativna povratna sprega “… dovela bi do evolucije u velikoj mjeri neovisne o početnim uvjetima i ranoj povijesti planete, što bi impliciralo jedinstvenu stabilnu današnju vrijednost površine kontinenta”, zaključuju.

Ipak, jake pozitivne povratne informacije stvaraju različite rezultate. „Međutim, za jake pozitivne povratne informacije, ishod evolucije može biti prilično različit u zavisnosti od početnih uslova i rane istorije“, pišu oni.

Pitanje je da li ove iste povratne sprege oblikuju egzoplanete? Mogu li egzoplanete s tektonikom ploča također postići ravnotežu između pokrivenosti kopnom i oceanom? Hoće li planeta otprilike veličine Zemlje i sa sličnim toplinskim budžetom završiti slično Zemlji, sa svojom stabilnošću koja omogućava život?

Prije svega, istraživanje pokazuje da su i kopnene i okeanske planete moguće, što ne bi trebalo biti iznenađenje. I, naravno, znamo da su mješovite planete poput Zemlje moguće.

U prethodnom radu, isti par autora je zaključio da su kopnene planete najvjerovatniji ishod. Sljedeći najvjerovatniji ishod su okeanske planete.

Umjetnički prikaz vodenog svijeta.  Neka istraživanja sugeriraju da je Zemlja u manjini kada su u pitanju planete i da većina naseljivih planeta može biti veća od 90% oceana.  Ovaj rad pokazuje da bi se sve moglo svesti na relativnu snagu povratnih informacija koje stvaraju kontinente.  Zasluge: David A. Aguilar (CfA)
Umjetnički prikaz vodenog svijeta. Neka istraživanja sugeriraju da je Zemlja u manjini kada su u pitanju planete i da većina naseljivih planeta može biti veća od 90% oceana. Ovaj rad pokazuje da bi se sve moglo svesti na relativnu snagu povratnih informacija koje stvaraju kontinente. Zasluge: David A. Aguilar (CfA)

Autori ističu da u cijelom ovom radu, naravno, ima nejasnoća i da nedostaje podataka. Ipak, njihov rad baca svjetlo na mehanizme koji stvaraju različite omjere kopna i okeana na planetama. „Naša diskusija ima za cilj da pruži bolje kvalitativno razumevanje procesa povratnih informacija;
priznajemo da nedostaju podaci za detaljno razumijevanje kvantitativnih razlika”, pišu oni.

I drugi istraživači su se bavili ovim pitanjem. Studija iz 2015. proučavala je planete oko M-patuljaka, najčešćeg tipa zvijezda u Mliječnom putu, i gdje ćemo vjerovatno pronaći najviše egzoplaneta. Ta studija je otkrila “…sličnu bimodalnu distribuciju nastalog kopna, pri čemu većina planeta ili ima površinu u potpunosti prekrivenu vodom ili sa znatno manje površinske vode od Zemlje”, pišu autori. Ta studija je, međutim, sagledala druge faktore i nije bila fokusirana samo na kontinentalni rast.

Šta ova studija znači za Zemlju? Kako možemo odgovoriti na pitanje u naslovu: “Koja je najbolja mješavina okeana za sletanje za nastanjivu planetu?”

Koliko god to zvučalo antropocentrično ili terasasto, mogli bismo živjeti od odgovora.

Više:


Izvor: www.universetoday.com


Pratite nas na Facebook-u | Twitter-u | YouTube-u

WPAP (8847)