Zemlja je jedini poznati planet na kojem postoji život, što je čini prirodnim standardom u potrazi za životom izvan našeg planeta. Ipak, moderna Zemlja ne može poslužiti kao osnova za procjenu egzoplaneta jer se njezina atmosfera drastično mijenjala tijekom 4,5 milijardi godina. Prikladniji način za procjenu egzoplaneta bio bi analizirati biomarkere prisutne u različitim fazama razvoja Zemljine atmosfere i pomoću njih procijeniti potencijal drugih planeta.
To je upravo ono što je učinila skupina znanstvenika iz Velike Britanije i SAD-a. Vodeća autorica je Eva E. Stüeken, doktorand na Školi za znanosti o Zemlji i okolišu Sveučilišta St Andrews. Kada se Zemlja formirala prije 4,5 milijardi godina, atmosfera je bila radikalno drugačija. U to su vrijeme atmosfera i oceani bili anoksični, bez prisutnosti slobodnog kisika. Prije otprilike 2,4 milijarde godina, slobodni kisik počeo se nakupljati u atmosferi. Taj kisik potjecao je od živih organizama, što pokazuje da su organizmi postojali čak i kada je atmosfera bila potpuno drugačija.
To nije jedini primjer kako se atmosfera mijenjala tijekom geološke povijesti. Međutim, pokazuje zašto potraga za životom ne bi trebala biti ograničena samo na traženje atmosfere slične današnjoj Zemlji. Ako bismo se isključivo time vodili, mogli bismo zanemariti planete na kojima fotosinteza još nije evoluirala. Istraživači u svom radu naglašavaju kako je Zemlja unatoč različitim promjenama atmosfere kroz milijarde godina imala bogatu i dinamičnu populaciju mikroorganizama.
Geobiološka evolucija
“Većinu ovog razdoblja Zemlja je imala mikrobnu biosferu, koja se s vremenom činila sve složenijom,” pišu autori. “Detaljna povijest ove geobiološke evolucije pruža uvide u prepoznavanje mikrobnog života u različitim planetarnim uvjetima.” Tektonika ploča također se mijenjala tijekom vremena. U jednom su razdoblju prevladavale “stagnant lid” tektonske ploče, kod kojih se ploče ne pomiču horizontalno, što utječe na kemiju atmosfere. Ključna točka je da Zemljina atmosfera ne odražava solarni oblak iz kojeg je planet nastao. Više međusobno povezanih procesa tijekom vremena oblikovalo je atmosferu kakvu danas poznajemo. Potraga za životom podrazumijeva razumijevanje tih procesa i identificiranje u kojoj su fazi razvoja egzoplaneti.
Biološki procesi mogu dramatično utjecati na sastav atmosfere planeta. “Na modernoj Zemlji, život ima veliki utjecaj na sastav atmosfere,” pišu istraživači. “Međutim, svaki potencijalni biosignal mora se razlikovati od prirodnih geoloških i astrofizičkih procesa koji također pridonose sastavu atmosfere.” Autori ističu nekoliko ključnih lekcija koje nas pradavna Zemlja može naučiti. Prva je da je Zemlja kroz povijest imala tri različite atmosfere. Prva je nastala iz solarnog oblaka, ali je ubrzo nestala nakon formiranja planeta. Druga je nastala iz plinova koji su izlazili iz unutrašnjosti planeta.
Treća i današnja atmosfera rezultat je kompleksnog balansiranja života, tektonike ploča, vulkanske aktivnosti i gubitka atmosfere. Dublje razumijevanje evolucije Zemljine atmosfere pomaže nam bolje interpretirati atmosfere egzoplaneta. Druga lekcija naglašava da što dalje gledamo u prošlost, to je zapis o ranom životu Zemlje više izmijenjen ili uništen. Najbolji dokazi sugeriraju da je život postojao prije 3,5 milijardi godina, možda čak i prije 3,7 milijardi godina. Ako je to točno, prvi oblici života postojali su na svijetu prekrivenom oceanima s vulkanskim otocima, bez kontinentalnih kopnenih masa.
Da je prije 3,5-3,7 milijardi godina bilo intenzivnih vulkanskih aktivnosti, povećale bi se razine CO2 i H2, tvari ključnih za metanogenezu, što bi moglo dovesti do obilja metana u atmosferi. Treća lekcija je da planet može dugo sadržavati organizme koji proizvode kisik prije nego što se kisik može otkriti u atmosferi. Znanstvenici vjeruju da se fotosinteza pojavila u srednjem arheju, koji je trajao od prije 4 do 2,5 milijardi godina. Međutim, kisik se nije mogao akumulirati sve do takozvanog Velikog događaja oksigenacije (Great Oxygenation Event – GOE) prije 2,4 milijarde godina.
Kisik kao primarni biomarker?
Kisik je snažan biomarker, a njegovo otkriće u atmosferi egzoplaneta izazvalo bi veliko uzbuđenje. No život na Zemlji postojao je dugo prije nego što bi se kisik mogao detektirati u atmosferi. Četvrta lekcija odnosi se na utjecaj horizontalne tektonike ploča na kemiju. “Od Velikog događaja oksigenacije nadalje, Zemlja je tektonski nalik današnjoj,” pišu autori. Oceani su bili slojeviti u anoksični sloj i oksigenirani površinski sloj, no hidrotermalna aktivnost stalno je uvodila željezo, što je smanjilo razine metana u atmosferi. Bez tog metana, Zemljina biosfera bila bi mnogo teže uočljiva.
“Planet Zemlja evoluirao je tijekom posljednjih 4,5 milijardi godina, od potpuno anoksičnog planeta s drugačijim tektonskim režimom do oksigeniranog svijeta s današnjom horizontalnom tektonikom,” ističu autori. Ta složena evolucija omogućila je razvitak života, ali i komplicira prepoznavanje ranih biosfera na egzoplanetima. U potrazi za životom na egzoplanetima suočeni smo s velikim izazovima. Na Zemlji možemo doslovno iskopavati povijest, dok egzoplanete istražujemo samo teleskopima. Iako sve napredniji, oni su i dalje ograničeni instrumenti. Dok istražujemo Mars i oceanske mjesece oko plinovitih divova u našem Sunčevom sustavu, druge planetarne sustave ne možemo fizički doseći.
“Umjesto toga, moramo daljinski prepoznati prisutnost vanzemaljskih biosfera i karakterizirati njihove biogeokemijske cikluse u spektrima koje hvataju veliki teleskopi na zemlji i u svemiru,” pišu autori. “Ovi teleskopi mogu analizirati sastav atmosfere detekcijom specifičnih plinova.” Istraživanje plinova je trenutačno naš najmoćniji alat, kao što pokazuje Svemirski teleskop James Webb. Kako znanstvenici razvijaju bolje alate, nastoje proširiti analize izvan atmosferske kemije. “Možemo prepoznati globalne površinske značajke, poput interakcije svjetlosti s fotosintetskim pigmentima i ‘odsjaja’ uzrokovanog refleksijom svjetlosti od tekućeg oceana.”
Razumijevanje egzoplanetarnih atmosfera paralelno je razumijevanju Zemljine povijesti. Zemlja je ključ za širenje i ubrzavanje naše potrage za životom. “Razmrsivanje detalja složene Zemljine biogeokemijske povijesti i njezinog odnosa s daljinski prepoznatljivim signalima presudno je za dizajn instrumenata i našu potragu za životom u svemiru,” zaključuju autori.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
