De beste Holiday Gift Deals voor Space Fans 2017

De omstandigheden op de vroege aarde zijn lang een mysterie geweest. Maar onderzoekers van de NASA en de Universiteit van Washington hebben nu een manier bedacht om rekening te houden met de onzekere variabelen van die tijd, en op hun beurt ontdekken dat onze planeet langgeleden gematigder was dan eerder werd gedacht.

Door deze bevindingen toe te passen op andere rotsachtige planeten, concluderen de onderzoekers dat het tijdsbestek en de waarschijnlijkheid dat het leven elders blijft bestaan ​​groter is dan eerst werd gedacht.

Gegeven dat we geen stenen of ander materiaal van de eerste 500 miljoen jaar van de aarde hebben, liepen de benaderingen van de omstandigheden op onze planeet in die tijd sterk uiteen. Sommigen stellen zich de vroege aarde voor als geteisterd door vulkaanuitbarstingen en bubbelend met lava, terwijl anderen een wereld in slaap voorstellen en ingepakt in ijs. [7 theorieën over de oorsprong van het leven op aarde]

De 4,5-miljard jaar durende geschiedenis van de aarde laat ruimte voor vele geologische fasen en "mensen hebben allerlei verschillende geochemische gegevensreeksen gebruikt om een ​​zekere mate van oppervlaktevoorwaarden te verkrijgen", zei de hoofdauteur van de studie, Joshua Krissansen-Totton van de Universiteit van Washington.

De onderzoekers concentreerden zich op de Archeische Eon, 4 miljard tot 2,5 miljard jaar geleden, kort na de vorming van aardkorst, atmosfeer en oceanen. Het is ook wanneer het leven waarschijnlijk naar voren is gekomen.

Het moeilijke deel ligt in het afleiden van de pH van de oceaan en de mondiale temperatuur, waarvan schattingen sterk fluctueren, van basisch tot corrosief zuur en van minus 13 tot 185 graden Fahrenheit (min 25 tot 85 graden Celsius).

Een natuurlijke thermostaat

De koolstofcyclus van de aarde heeft de sleutel tot het beperken van deze variabelen. Vulkanen dringen koolstof in de atmosfeer door kooldioxide te ontgassen; koolzuur stroomt dan naar de oppervlakte, lost rotsen op en laat de ionen naar binnen stromen, die uiteindelijk via rivieren de oceanen bereiken en calciumcarbonaat vormen.

Het netto resultaat van dit proces is dat koolstof in de lucht wordt opgesloten in rotsen. Op dezelfde manier lost zeewater dat door de oceaanbodem circuleert de omringende rots op, waardoor ionen vrijkomen die vervolgens nieuwe carbonaatgesteenten vormen - een proces dat ook atmosferische koolstof in de korst opsluit. Een deel van deze koolstof wordt teruggevoerd naar de mantel van de planeet en begint de cyclus opnieuw, omdat hij opnieuw wordt ontgast door vulkanen.

Deze verweringsprocessen zijn temperatuurafhankelijk; Krissansen-Totton vergeleek het effect met een 'natuurlijke thermostaat'.

Als de CO2-uitstoot toeneemt, neemt de temperatuur toe; als de temperatuur stijgt, neemt de verwering op de zeebodem toe. Omdat het miljarden jaren duurde om de continenten van de aarde te creëren, bestond er minder land op de vroege aarde, dus de weersgesteldheid op de zeebodem had een bijzonder belangrijke regulerende invloed op de temperatuur van de aarde en omgekeerd.

Onderzoekers pasten hun kennis van de koolstofcyclus toe op basis van gegevens van de afgelopen 100 jaar en in plaats van een enkele theorie te kiezen met betrekking tot oceaansamenstelling en klimaat, koos ze 'het breedste bereik voor het onbekende en berekende toen het scala aan mogelijkheden voor klimaat en oceaan pH, "vertelde Krissansen-Totton aan Astrobiology Magazine.

"De onderzoekers bedachten nieuwe manieren om te beschrijven hoe koolstof in sediment en porie in de rotsen wordt geconsumeerd door chemische reacties [op de zeewering]," verklaarde professor Andrew Kurtz, hoogleraar in de aarde aan de aarde, die geen deel uitmaakte van het onderzoek.

Een robuust beeld van de vroege aarde

De onderzoekers testten hun model tegen de laatste 100 miljoen jaar aardse geschiedenis, waarover we veel meer details weten, voor een paper dat ze vorig jaar publiceerden. Deze nieuwe studie is de eerste om een ​​realistische en zelf-consistente weergave van het proces in te zetten en toe te passen op de vroege aarde, aldus de leden van het studie-team.

De simulaties zijn niet exact en lossen niet alle onzekerheden op. Maar volgens Krissansen-Totton leveren ze 'robuuste' informatie over de vroege aarde. Kurtz bevestigde dat de resultaten "een schijnbaar redelijke klimaat- en pH-geschiedenis produceren die fysiek verstandig is en wiskundig intern consistent."

De eerste half miljard jaar van het leven op aarde is een periode die de Hadean Eon wordt genoemd, zo genoemd vanwege zijn helse hitte. De resultaten van het onderzoek dagen echter het idee uit dat de aarde tot ver in de Archeische Eon warm bleef branden. Nadat de warmte van de formatie verdwenen was, suggereerden de onderzoekers modellen dat het klimaat en de pH van de oceaan verrassend matig waren: tussen 32 en 122 graden Fahrenheit (0 tot 50 graden Celsius), met een pH tussen 6,2 en 7,7. (Een pH van 7 is neutraal.)

Kurtz merkte op dat dit resultaat consistent is met een van invloed zijnd document uit 2002, dat de waarschijnlijkheid van een "coole vroege aarde" bepleit.

Krissansen-Totton is van mening dat het regulerende koolstof / zeebodemverweringsproces zou plaatsvinden op elke rotsachtige planeet met water. "Er is niets speciaals aan deze processen", zei hij. We weten dat pre-solar nevels de ingrediënten bevatten voor het leven; we weten ook dat ontelbare exoplaneten met die ingrediënten bestaan ​​in de "bewoonbare zones" van hun sterren. De studie verruimt het tijdvenster waarop het leven op die planeten kon zijn ontstaan. [10 exoplaneten die het leven van buitenaardse wezens zouden kunnen hosten]

Meer kansen voor het leven

Het model lost geen discussies op over precies wanneer of waar het leven is ontstaan, maar het stuurt wetenschappers in productieve richtingen voor verder onderzoek. Bijvoorbeeld: "als je gelooft dat het leven op aarde is begonnen bij hoge temperaturen, kan dat nog steeds waar zijn," zei Krissansen-Totton, "maar dat zou de oorsprong beperken tot lokaal warme omgevingen zoals hydrothermale ventilatieopeningen."

De studie heeft ook implicaties voor de planetaire evolutie.Kurtz wees erop dat "Mars ooit het meeste had van wat de aarde daarvoor nodig heeft, of zo denken we: water op het oppervlak, kooldioxide in de atmosfeer en silicaatrotsen," een combinatie die de mogelijkheid lijkt te ondersteunen dat het leven ooit zou kunnen hebben daar bestond.

Wetenschappers geloven dat de atmosfeer van Mars via de zonnewind verloren is gegaan in de ruimte, maar er blijven vragen over wat het cyclische evenwicht van de Rode Plane van streek maakt, en of andere planeten dergelijke drastische voorwaardelijke veranderingen zouden kunnen ondergaan.

De nieuwe studie werd in april gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences.

Het werk werd ondersteund door NASA Astrobiology via het programma Exobiology & Evolutionary Biology en het Virtual Planetary Laboratory, evenals via het Earth and Space Science Fellowship-programma.