Суу планеталарында жашоо мүмкүнчүлүгү

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-16 16:10

Биз билген планеталардын көбү массасы боюнча Жерден чоң, бирок Сатурндон азыраак. Көбүнчө, алардын арасында "мини-нептундар" жана "супер-жерлер" бар - биздин планетадан бир нече эсе чоң объекттер. Акыркы жылдардагы ачылыштар супер-Жердин курамы биздикинен такыр башкача болгон планеталар деп айтууга барган сайын көбүрөөк негиз берет. Андан тышкары, башка системалардагы жер планеталары Жерден алда канча бай жарык элементтери жана кошулмалар, анын ичинде суу менен айырмаланат экен. Бул алардын жашоого канчалык ылайыктуу экенине кызыкканга жакшы себеп.

Мурунку Жер менен Жердин ортосундагы жогоруда айтылган айырмачылыктар Ааламдагы бардык жылдыздардын төрттөн үчү кызыл эргежээлдер, Күндөн алда канча аз массалуу жарыктар экендиги менен түшүндүрүлөт. Байкоолор көрсөткөндөй, аларды курчап турган планеталар көбүнчө жашоого ылайыктуу зонада, башкача айтканда, алар өз жылдыздарынан Күндөн Жерге жакын энергияны алышат. Мындан тышкары, кызыл эргежээлдердин жашоо зонасында көбүнчө өтө көп планеталар бар: мисалы, TRAPPIST-1 жылдызынын "Goldilocks белмесинде" бир эле учурда үч планета бар.

Жана бул абдан кызык. Кызыл эргежээлдердин жашоо зонасы Күн системасындагыдай 150-225 миллион эмес, жылдыздан миллиондогон километр алыстыкта жайгашкан. Ошол эле учурда, бир эле учурда бир нече планеталар өз жылдыздарынан миллиондогон километр алыстыкта пайда боло албайт - анын протопланетар дискинин өлчөмү жол бербейт. Ооба, кызыл эргежээл биздин Күндөй сарыдан азыраак, бирок жүз, атүгүл элүү жолу эмес.

Астрономдор алыскы жылдыздардагы планеталарды аздыр-көптүр так «таразалоого» үйрөнүшкөнү кырдаалды ого бетер татаалдатат. Анан алардын массасы менен өлчөмүн байланыштырсак, мындай планеталардын тыгыздыгы Жердикинен эки, ал тургай үч эсе аз экени белгилүү болду. Ал эми бул планеталар алардын жылдызынан миллиондогон километр алыстыкта пайда болгон болсо, бул, негизи, мүмкүн эмес. Анткени мындай тыгыз жайгаштыруу менен жарыктын нурлануусу түз мааниде жарык элементтеринин басымдуу бөлүгүн сыртка түртүшү керек.

Мисалы, Күн системасында дал ушундай болгон. Келгиле, Жерди карап көрөлү: ал жашоого ылайыктуу зонада пайда болгон, бирок анын массасындагы суу миңден ашык эмес. Эгерде кызыл эргежээлдерде дүйнөнүн бир катар тыгыздыгы эки-үч эсе төмөн болсо, анда ал жердеги суу 10 пайыздан кем эмес, андан да көп. Башкача айтканда, Жердегиден жүз эсе көп. Демек, алар жашоого ылайыктуу зонадан тышкары пайда болуп, андан кийин гана ал жакка көчүп кетишкен. Жылдыздын нурлануусу протопланетардык дисктин люминарга жакын зоналарынын жарык элементтерин ажыратуу оңой. Бирок протопланетардык дисктин алыскы бөлүгүнөн көчүп келген даяр планетаны жеңил элементтерден ажыратуу бир топ кыйыныраак - ал жердеги төмөнкү катмарлар үстүнкү катмарлар менен корголгон. Ал эми суунун жоготуусу сөзсүз түрдө өтө жай. Жашоого ылайыктуу зонадагы типтүү супер-жер суунун жарымын да, мисалы, Күн системасынын бүткүл жашоосунда жогото албайт.

Ошентип, Ааламдагы эң массивдүү жылдыздарда көбүнчө суу көп болгон планеталар болот. Бул, кыязы, мындай планеталар Жерге караганда алда канча көп экенин билдирет. Ошондуктан, мындай жерлерде татаал турмуштун пайда болушуна жана енугушу-не мумкунчулук бар-жогун аныктап керуу жакшы болор эле.

Көбүрөөк минералдар керек

Мына ушул жерден чоң көйгөйлөр башталат. Күн системасында суунун көп көлөмү бар супер-жерлердин жакын окшоштору жок жана байкоо жүргүзүү үчүн жеткиликтүү мисалдар жок болгондуктан, планетардык илимпоздор түзмө-түз баштоого эч нерсеси жок. Биз суунун фазалык диаграммасын карап, океандык планеталардын ар кандай катмарлары үчүн кандай параметрлер болорун аныкташыбыз керек.

Суунун абалынын фазалык диаграммасы. Муз өзгөртүүлөр рим сандары менен көрсөтүлгөн. Жердеги дээрлик бардык муздар I топко кирет_ч, ал эми өтө аз бөлүгү (атмосферанын жогорку катмарында) - И_в… Сүрөт: AdmiralHood / wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

Көрсө, көлөмү Жердей болгон планетада бул жерден 540 эсе көп суу болсо, анда аны тереңдиги жүз километрден ашкан океан толугу менен каптап калат экен. Мындай океандардын түбүндө басым ушунчалык чоң болгондуктан, ал жерде мындай фазадагы муз пайда боло баштайт, ал абдан жогорку температурада да катуу бойдон калат, анткени суу эбегейсиз басым менен катуу кармалат.

Планетардык океандын түбү калың муз катмары менен капталган болсо, суюк суу катуу силикат тектери менен байланыштан ажырайт. Андай байланыш болбосо, анын курамындагы минералдар, чынында, эч жерден чыга албайт. Андан да жаманы, көмүртек цикли бузулат.

Келгиле, минералдар менен баштайлы. Фосфорсуз жашоо – бизге белгилүү формаларда – болушу мүмкүн эмес, анткени ансыз нуклеотиддер жана, демек, ДНК да жок. Кальцийсиз кыйын болот – мисалы, сөөктөрүбүз гидроксилапатиттен турат, ал фосфор жана кальцийсиз иштей албайт. Кээде кээ бир элементтердин болушу менен көйгөйлөр Жерде пайда болот. Мисалы, Австралияда жана Түндүк Америкада бир катар жерлерде вулкандык активдүүлүк аномалдуу узакка созулган жок жана кээ бир жерлерде топуракта селендин катуу жетишсиздиги байкалган (ал жашоо үчүн зарыл болгон аминокислоталардын бирине кирет).. Мындан уйларда, койлордо жана эчкилерде селен жетишсиз болуп, кээде бул малдын өлүмүнө алып келет (АКШ менен Канадада малдын тоютуна селенитти кошуу атүгүл мыйзам менен жөнгө салынат).

Кээ бир изилдөөчүлөр пайдалуу кендердин болушунун фактору гана океан-планеталарды чыныгы биологиялык чөлгө айландырышы керек деп эсептешет, ал жерде жашоо өтө сейрек кездешет. Жана биз жөн гана чындап эле татаал формалар жөнүндө айтып жаткан жокпуз.

Бузулган кондиционер

Минералдык жетишсиздиктерден тышкары, теоретиктер планета-океандардын экинчи потенциалдуу проблемасын табышты - балким, биринчисинен да маанилүү. Кеп көмүртек циклиндеги бузулуулар жөнүндө болуп жатат. Биздин планетада ал салыштырмалуу туруктуу климаттын болушунун негизги себеби болуп саналат. Көмүртек циклинин принциби жөнөкөй: планета өтө муздап калганда көмүр кычкыл газынын тоо тектердин сиңирүү процесси кескин басаңдайт (мындай сиңирүү процесси жылуу чөйрөдө гана тез жүрөт). Ошол эле учурда жанар тоонун атылышы менен көмүр кычкыл газынын «жабдылышы» бирдей темп менен жүрүп жатат. Газдын байланышы азайганда жана берүү азайбаса, CO₂ концентрациясы табигый түрдө жогорулайт. Планеталар, сиз билгендей, планеталар аралык мейкиндиктин вакуумунда жана алар үчүн жылуулукту жоготуунун бирден-бир олуттуу жолу - анын инфракызыл толкундар түрүндөгү нурлануусу. Көмүр кычкыл газы планетанын бетинен мындай радиацияны өзүнө сиңирип алат, ошондуктан атмосфера бир аз ысыйт. Бул океандардын суу бетиндеги суу буусун буулатат, ал ошондой эле инфракызыл нурланууну (башка парник газын) сиңирет. Натыйжада, бул планетаны жылытуу процессинде негизги демилгечи катары CO₂ болуп саналат.

Дал ушул механизм Жердеги мөңгүлөрдүн эртеби-кечпи бүтүшүнө алып келет. Ал ошондой эле анын ашыкча ысып кетишине жол бербейт: өтө жогорку температурада көмүр кычкыл газы тоо тектерге тезирээк байланат, андан кийин жер кыртышынын плиталарынын тектоникасына байланыштуу алар акырындап мантияга батып кетет. CO деңгээл₂кулап, климат салкындай баштайт.

Биздин планета үчүн бул механизмдин маанилүүлүгүн ашыкча баалоого болбойт. Көмүртек кондиционеринин бузулушун бир секундага элестетиңиз: айталы, вулкандар атылышын токтотту жана мурда эски континенталдык плиталар менен түшкөн Жердин ичегилеринен көмүр кычкыл газын жеткирбей калды. Биринчи мөңгү түзмө-түз түбөлүктүү болуп калат, анткени планетадагы муз канчалык көп болсо, ал космоско көбүрөөк күн радиациясын чагылдырат. Жана CO жаңы бөлүгү₂ планетаны тоңдурбай коё албайт: анын келе турган жери жок.

Дал ушундай, теориялык жактан алганда, планеталар-океандарда болушу керек. Кээде вулкандык активдүүлүк планетардык океандын түбүндөгү экзотикалык муздун кабыгын жарып өтсө дагы, анын жакшылыгы аз. Чынында эле, деңиз дүйнөсүнүн бетинде ашыкча көмүр кычкыл газын байлай турган эч кандай тектер жок. Башкача айтканда, анын көзөмөлсүз топтолушу башталышы жана, демек, планетанын ысып кетиши мүмкүн.

Ушундай эле нерсе – чын, эч кандай планетардык океансыз – Венерада болгон. Бул планетада плиталардын тектоникасы да жок, бирок бул эмне үчүн болгону белгисиз. Ошондуктан ал жердеги жанар тоолор атылып, кээде жер кыртышын жарып өтүп, атмосферага көп көмүр кычкыл газын салат, бирок бети аны байлай албайт: континенттик плиталар чөгүп, жаңылары көтөрүлбөйт. Демек, бар плиталардын бети эчак эле бардык КО байлап койгон₂, ал көбүрөөк сиңире алган жана сиңире албайт жана ал Венерада ушунчалык ысык болгондуктан, коргошун ал жерде дайыма суюк бойдон кала берет. Жана бул, моделдөө боюнча, Жердин атмосферасы жана көмүртек цикли менен, бул планета Жердин жашоого жарамдуу эгизи болмок.

Кондиционерсиз жашоо барбы?

"Жердик шовинизмди" сындагандар (жашоо "Жердин көчүрмөлөрүндө, катуу жердеги шарты бар планеталарда гана мүмкүн" деген позиция) дароо суроо узатышты: эмне үчүн чындыгында, ар бир адам пайдалуу кендерди жарып өтө албайт деп чечишти. экзотикалык муз катмары? Капкагы ысык нерсенин үстүндө канчалык күчтүү жана өтпөс болсо, анын астында ошончолук көп энергия чогулуп, ал жарылып кете берет. Мына ошол эле Венера – плиталардын тектоникасы жоктой сезилет жана көмүр кычкыл газы тереңдиктен ушунчалык көлөмдө чыгып кеткендиктен, сөздүн түз маанисинде андан жашоо жок. Демек, минералдарды өйдө көздөй кетирүү менен да ушундай болушу мүмкүн - вулкандардын атылышында катуу тектер толугу менен жогору карай кулайт.

Ошентсе да, дагы бир көйгөй бойдон калууда - көмүртек циклинин "бузулган кондиционери". Ансыз океан планетасы жашай алабы?

Күн системасында көмүр кычкыл газы климаттын негизги жөнгө салуучу ролун такыр аткарбаган көптөгөн денелер бар. Бул жерде, айталы, Титан, Сатурндун чоң спутниги.

Титан. Сүрөт: NASA / JPL-Caltech / Стефан Ле Муэлич, Нант университети, Вирджиния Пасек, Аризона университети

Денеси Жердин массасына салыштырмалуу анча деле эмес. Бирок ал Күндөн алыс жерде пайда болгон жана жарыктын нурлануусу андан жеңил элементтерди, анын ичинде азотту «буурган» эмес. Бул Титанга дээрлик таза азоттун атмосферасын берет, ошол эле газ биздин планетада үстөмдүк кылат. Бирок анын азот атмосферасынын тыгыздыгы биздикинен төрт эсе көп - тартылуу күчү менен ал жети эсе алсыз.

Титандын климатына биринчи караганда, анын түз түрүндө эч кандай "көмүртек" кондиционери жок болсо да, ал өтө туруктуу деген туруктуу сезим бар. Титандын уюлу менен экваторунун ортосундагы температура айырмасы үч гана градус экенин айтсак жетиштүү болот. Эгерде Жерде абал ушундай болсо, планетанын калкы бир топ тегиз жана жалпысынан жашоого ылайыктуураак болмок.

Мындан тышкары, бир катар илимий топтордун эсептөөлөрү көрсөткөндөй: атмосферанын тыгыздыгы Жердикинен беш эсе жогору, башкача айтканда Титандыкынан төрттөн бир эсе жогору болсо, температуранын өзгөрүшүнө азоттун парник эффектиси гана жетиштүү. дээрлик нөлгө чейин. Мындай планетада күнү-түнү, экватордо да, уюлда да температура дайыма бирдей болмок. Жердеги жашоо мындай нерсени кыялданат.

Планеталар-океандар тыгыздыгы боюнча Жердин (5,51 г/см³) эмес, Титандын деңгээлинде (1,88 г/см³). Айталы, бизден 40 жарык жылы алыстыкта жайгашкан TRAPPIST-1 жашоочу зонасында жайгашкан үч планетанын тыгыздыгы 1,71ден 2,18 г/см³ге чейин. Башка сөз менен айтканда, кыязы, мындай планеталар азоттун гана эсебинен туруктуу климатка ээ болуу үчүн азот атмосферасынын жетиштүү тыгыздыгына ээ. Көмүр кычкыл газы аларды кызарган Венерага айланта албайт, анткени суу чындап эле чоң массасы көмүр кычкыл газын эч кандай плиталык тектоникасыз да байланыштыра алат (көмүр кычкыл газы сууга сиңет жана басым канчалык жогору болсо, ал ошончолук көп камтышы мүмкүн)).

Терең деңиз чөлдөрү

Гипотетикалык жерден тышкаркы бактериялар жана археялар менен бардыгы жөнөкөй көрүнөт: алар өтө оор шарттарда жашай алышат жана бул үчүн аларга көптөгөн химиялык элементтердин көптүгү такыр керек эмес. Бул өсүмдүктөр жана алардын эсебинен жашаган жогорку уюшкан жашоо менен кыйыныраак.

Ошентип, океан планеталары туруктуу климатка ээ болушу мүмкүн - Жерге караганда туруктуураак. Ошондой эле сууда эриген минералдардын байкаларлык болушу мүмкүн. Бирок, ал жерде жашоо такыр Shrovetide эмес.

Келгиле, Жерди карап көрөлү. Акыркы миллиондогон жылдарды кошпогондо, анын жери өтө жашыл, чөлдүн күрөң же сары тактары дээрлик жок. Бирок океан кээ бир кууш жээк зоналарынан башка эч жашыл көрүнбөйт. Эмнеге андай?

Кеп биздин планетада океан биологиялык чөл болуп саналат. Жашоо көмүр кычкыл газын талап кылат: ал өсүмдүк биомассасын "курат" жана андан гана жаныбарлардын биомассасын азыктандырууга болот. Эгерде биздин айланабыздагы абада CO бар болсо₂ азыркыдай 400 промилледен ашык, есумдуктер гулдеп жатат. Эгерде ал миллиондо 150 бөлүктөн аз болсо, бардык дарактар өлмөк (жана бул миллиард жылда болушу мүмкүн). CO 10 бөлүктөн азыраак₂ миллиондо бардык өсүмдүктөр өлөт жана алар менен бирге жашоонун чындап эле татаал формалары.

Бир караганда, бул деңиз жашоо үчүн чыныгы мейкиндик экенин билдирсе керек. Чынында эле, жердин океандарында атмосферага караганда жүз эсе көп көмүр кычкыл газы бар. Демек, өсүмдүктөр үчүн курулуш материалы көп болушу керек.

Чындыгында чындыктан башка эч нерсе жок. Жердин океанындагы суунун көлөмү 1,35 квинтиллион (миллиард миллиард) тонна, ал эми атмосфера беш квадриллион (миллиард миллиард) тоннадан бир аз ашат. Башкача айтканда, бир тонна сууда CO байкаларлык азыраак болот.₂тоннадан ашык аба. Жердин океандарындагы суу өсүмдүктөрү дээрлик дайыма CO азыраак болот₂ жердегилерге караганда алардын карамагында.

Андан да жаманы, суу өсүмдүктөрү жылуу сууда гана жакшы метаболизмге ээ. Тактап айтканда, анда К. О₂ баарынан да, анткени анын сууда эригиси температуранын жогорулашы менен төмөндөйт. Демек, балырлар - жер үстүндөгү өсүмдүктөргө салыштырмалуу - дайыма зор СО жетишсиздигинин шарттарында бар.₂.

Мына ошондуктан илимпоздордун жер үстүндөгү организмдердин биомассасын эсептөө аракети планетанын үчтөн эки бөлүгүн ээлеген деңиз жалпы биомассага анча чоң эмес салым кошуп жатканын көрсөтүп турат. Эгерде биз көмүртектин жалпы массасын - ар кандай тирүү жандыктын кургак массасындагы негизги материалды - жер тургундарын ала турган болсок, анда ал 544 миллиард тоннага барабар. Ал эми дениздердин жана океандардын жашоочуларынын денесинде - алты миллиард тонна гана, кожоюндун дасторконунан күкүмдөр, бир пайыздан бир аз көбүрөөк.

Мунун баары океандар-планеталарда жашоо мүмкүн болсо да, бул абдан, абдан жагымсыз болот деген пикирге алып келиши мүмкүн. Жердин биомассасы, эгерде аны бир океан каптаган болсо, башка бардык нерселер бирдей болгондо, кургак көмүртек менен эсептегенде, болгону 10 миллиард тонна гана болмок - азыркыдан элүү эсе аз.

Бирок, бул жерде да суу дүйнөсүнө чекит коюуга али эрте. Чындыгында, буга чейин эки атмосферанын басымында СО көлөмү₂, деңиз суусунда эрийт, эки эседен ашык (25 градус температура үчүн). Атмосфера Жердикинен төрт-беш эсе тыгызыраак болгондуктан, TRAPPIST-1e, g жана f сыяктуу планеталарда дал ушундай болот - сууда көмүр кычкыл газы ушунчалык көп болгондуктан, жергиликтүү океандардын суулары жакындай баштайт. жердин абасы. Башкача айтканда, планеталардагы жана океандардагы суу өсүмдүктөрү биздин планетага караганда бир топ жакшы шарттарда болушат. Ал эми жашыл биомасса көп болгон жерде жана жаныбарлардын азык-түлүк базасы жакшыраак. Башкача айтканда, Жерден айырмаланып, планета-океандардын деңиздери чөл эмес, жашоо оазистери болушу мүмкүн.

Саргассо планеталары

Бирок, океан планетасы, түшүнбөстүктөрдөн улам, дагы эле Жердин атмосфера тыгыздыгы бар болсо, эмне кылуу керек? Ал эми бул жерде баары жаман эмес. Жерде балырлар түбүнө жабышат, бирок бул үчүн шарт жок жерде суу өсүмдүктөрү сүзө алат экен.

Кээ бир саргас балырлары аба толтурулган баштыктарды (алар жүзүмгө окшош, демек, Саргассо деңизинин аталышында португалча "sargasso" деген сөз) колдонушат жана теориялык жактан бул CO2 алууга мүмкүндүк берет.₂ суудан эмес, абадан, ал аз болгон жерде. Алардын сүзүү жөндөмдүүлүгүнөн улам фотосинтез жасоо оңой. Ырас, мындай балырлар суунун өтө жогорку температурасында гана жакшы көбөйүшөт, ошондуктан Жерде алар кээ бир жерлерде, мисалы, суусу абдан жылуу болгон Саргассо деңизинде гана салыштырмалуу жакшы. Эгер океан планетасы жетиштүү жылуу болсо, анда ал тургай жердин атмосфералык тыгыздыгы деңиз өсүмдүктөрү үчүн өтө алгыс тоскоолдук эмес. Алар CO алып кетиши мүмкүн₂ жылуу сууда аз көмүр кычкыл газынын көйгөйлөрүн болтурбоо, атмосферадан.

Саргассо балырлары. Сүрөт: Аллен МакДэвид Стоддард / Фотодом / Shutterstock

Кызыктуусу, ошол эле Саргассо деңизиндеги калкып жүрүүчү балырлар бүтүндөй калкып жүрүүчү экосистеманы пайда кылышат, "калкып жүрүүчү жер" сыяктуу бир нерсе. Ал жерде крабдар жашайт, алар үчүн балырлардын сүзгүчтүгү алардын бетинде кургактыктагыдай кыймылга жетиштүү. Теориялык жактан алганда, океан планетасынын тынч аймактарында деңиз өсүмдүктөрүнүн калкып жүрүүчү топтору бир топ "куруктуу" жашоону өрчүтүшү мүмкүн, бирок ал жерден жерди таппайсыз.

Артыкчылыгыңды текшерип көр, жердешим

Жашоону издөө үчүн эң перспективдүү жерлерди аныктоо маселеси – азырынча бизде талапкер планеталардын арасынан жашоонун эң ыктымал алып жүрүүчүлөрүн бөлүп көрсөтүүгө мүмкүндүк берүүчү маалыматтар аз. Бул жерде "жашоо зонасы" деген түшүнүк өзүнөн өзү эле эң жакшы жардамчы эмес. Анда бул планеталар өз жылдызынан жок дегенде бетинин бир бөлүгүндөгү суюк резервуарларды колдоо үчүн жетиштүү сандагы энергияны алган жашоого ылайыктуу деп эсептелет. Күн системасында Марс да, Жер да жашоого ылайыктуу зонада, бирок жер бетиндеги биринчи комплекстүү жашоо кандайдыр бир деңгээлде сезилбейт.

Негизгиси, анткени бул Жер менен бир эле дүйнө эмес, атмосферасы жана гидросферасы таптакыр башкача. "Планета-океан - бул Жер, бирок суу менен гана капталган" стилиндеги сызыктуу көрүнүш бизди 20-кылымдын башында Марстын жашоого жарактуулугу жөнүндө болгон жаңылыштыкка алып келиши мүмкүн. Чыныгы океаниддер биздин планетадан кескин түрдө айырмаланышы мүмкүн – аларда таптакыр башка атмосфера, климатты турукташтыруу механизмдери, ал тургай деңиз өсүмдүктөрүн көмүр кычкыл газы менен камсыз кылуунун башка механизмдери бар.

Суу ааламдары иш жүзүндө кандайча иштээрин деталдуу түшүнүү бизге жашоого ылайыктуу зона кандай болорун алдын ала түшүнүүгө мүмкүндүк берет жана ошону менен Джеймс Уэббдеги жана башка келечектүү чоң телескоптордогу мындай планеталарды деталдуу байкоого тез арада жакындайт.

Жыйынтыктап айтканда, акыркы убакка чейин кайсы ааламдар жашаган жана кайсынысы жашабаганы жөнүндөгү идеяларыбыз антропоцентризмден жана геоцентризмден өтө көп жабыр тартканын моюнга албай коюуга болбойт. Ал эми, азыр белгилүү болгондой, "сушцентризмден" - эгерде биз өзүбүз кургакта пайда болгон болсок, анда ал биздин планетада гана эмес, башка күндө да жашоонун өнүгүшүндөгү эң маанилүү орунду ээлейт деген пикир. Балким, кийинки жылдардагы байкоолор бул көз караштан таш калтырбайт.