Ученые смоделировали, какой была бы Земля, если бы жизни никогда не существовало

Фото из открытых источников

Мы здесь. Мы не совсем уверены, как сюда попали, но мы здесь. Но… а что, если бы нас здесь не было? Именно этот вопрос задали ученые в новом исследовании, смоделировав альтернативное видение Земли, где жизнь, э-э, так и не нашла себе места.

Результаты исследования, опубликованные в журнале The Planetary Science Journal, — это не просто сюрреалистический мысленный эксперимент. Это также серьезный научный вопрос и новое исследование идей, лежащих в основе гипотезы Геи.

Гипотеза Геи (не путать с мифологически похожей гипотезой Теи) предполагает, что жизнь на Земле взаимодействует с физической средой планеты таким образом, что это помогает поддерживать пригодный для жизни мир, создавая своего рода планетарный гомеостаз.

В новом исследовании, проведенном астробиологом Самантой Гилберт-Янизек из Вашингтонского университета, ученые отмотали время назад, чтобы посмотреть, как Земля могла бы развиваться на протяжении миллиардов лет — без какой-либо гипотетической помощи с нашей стороны.

«Открытым вопросом в отношении эволюции Земли является то, могла ли она оставаться обитаемой в течение миллиардов лет без влияния жизни на окружающую среду», — пишут исследователи в своей статье. «Очевидно, что биология играет важную роль в окружающей среде на поверхности Земли, что и обуславливает наш главный вопрос: необходима ли жизнь для поддержания долгосрочной обитаемости каменистой планеты?»

В своем исследовании Гилберт-Янизек и ее коллеги разработали сложную компьютерную модель Земли без жизни, но учитывающую все остальные физические условия ее среды – включая ядро, мантию, кору, атмосферу, океаны и поступающий солнечный свет – и рассчитали, как химические вещества будут циркулировать между различными частями планеты.

В общей сложности они смоделировали 19 ключевых планетарных свойств, таких как тепловой поток, химический состав океана и температура поверхности, и отследили, как эта виртуальная Земля будет эволюционировать в течение 5 миллиардов лет, примерно с момента образования Земли и до примерно 500 миллионов лет в будущем.

Помимо ответа на экзистенциальные вопросы о судьбе нашей гипотетической безжизненной Земли, эти симуляции также могут помочь нам осмыслить атмосферные и химические признаки, которые мы обнаруживаем на далеких мирах.

«Эта модель может помочь нам понять, как обитаемые, но неживые планеты могут имитировать живые планеты», — говорит Гилберт-Янизек. «При интерпретации наблюдений за атмосферой экзопланеты этот инструмент поможет нам определить вероятность того, что наблюдаемые явления указывают на наличие жизни на поверхности».

Как оказалось, на безжизненной поверхности смоделированной абиотической Земли отсутствие жизни, по-видимому, не оказывает существенного влияния на развитие событий на протяжении миллиардов лет – за исключением, пожалуй, отсутствия кислорода в атмосфере, обусловленного отсутствием фотосинтеза.

Хотя наличие кислорода в атмосфере может считаться обязательным условием для большинства сложных форм жизни, в контексте астрономии это не является необходимым условием для обитаемости планеты, поскольку в астрономии это условие обычно определяется способностью планеты поддерживать наличие жидкой воды на своей поверхности.

В этом отношении безжизненная Земля, помимо прочего, демонстрировала схожий с нашей Землей уровень содержания воды.

«Мы демонстрируем, что планета, подобная Земле, может поддерживать пригодную для жизни температуру поверхности на протяжении 4,5 млрд лет эволюции (и дольше) исключительно за счет абиотических процессов, без необходимости использования биологических механизмов обратной связи для регулирования климата», — поясняет команда. «Карбонатно-силикатный цикл, обусловленный взаимодействием процессов выветривания силикатов, вулканической дегазации и химического состава океана, обеспечивает надежную отрицательную обратную связь, которая поддерживает концентрацию CO₂ в атмосфере и температуру поверхности в пределах, пригодных для жизни, несмотря на то, что светимость Солнца увеличилась примерно на 30 процентов за 4,5 млрд лет».

Полученные результаты не опровергают гипотезу Геи, и исследователи отмечают, что не могут исключить возможность того, что жизнь на Земле способствует процессам, повышающим климатическую стабильность.

Исследователи также признают ряд ограничений и упрощений в своей модели, включая предположения о тектонике плит, химии атмосферы и процессах, регулирующих климат Земли.

Тем не менее, результаты их моделирования показывают, что наличие жизни не является обязательным условием для обитаемости каменистой планеты.

«Наши результаты показывают, что абиотическая Земля могла эволюционировать до состояния, аналогичного современной Земле (с точки зрения глобальной геофизики и климата), но без обилия атмосферного кислорода», — заключают исследователи. «Таким образом, эта работа вносит вклад в продолжающуюся дискуссию о гипотезе Геи, предполагая, что жизнь и обитаемость могут быть в некоторой степени разделены».