Zaštitna atmosfera Zemlje je štitila život milijardama godina, stvarajući utočište gde je evolucija proizvela složene oblike života poput nas.
Ozonski omotač igra ključnu ulogu u zaštiti biosfere od smrtonosnog UV zračenja. Blokira 99% snažnog sunčevog UV zračenja. Zemljina magnetosfera takođe nas štiti.
Ali Sunce je relativno pitomo. Koliko su ozon i magnetosfera efikasni u zaštiti od moćnih eksplozija supernove?
Svakih milion godina – mali deo Zemljinog životnog veka od 4,5 milijardi godina – ogromna zvezda eksplodira u krugu od 100 parseka (326 svetlosnih godina) od Zemlje. Znamo to jer se naš Sunčev sistem nalazi unutar masivnog mehura u svemiru koji se zove Lokalni mehur.
To je kavernozna oblast prostora gde je gustina vodonika mnogo niža nego izvan mehura. Serija eksplozija supernova u prethodnih 10 do 20 miliona godina isklesala je mehur.
Supernove su opasne i što je planeta bliža jednoj, njeni efekti su smrtonosniji. Naučnici su spekulisali o efektima koje su eksplozije supernove imale na Zemlji, pitajući se da li je to izazvalo masovna izumiranja ili barem delimična izumiranja.
Eksplozija gama zraka supernove i kosmički zraci mogu uništiti Zemljin ozon i omogućiti jonizujuće UV zračenje da dopre do površine planete. Efekti takođe mogu stvoriti više čestica aerosola u atmosferi, povećavajući pokrivenost oblaka i izazivajući globalno hlađenje.
Novi istraživački članak u Nature Communications Earth and Environment ispituje eksplozije supernove i njihov uticaj na Zemlju. Naziva se „Zemljina atmosfera štiti biosferu od obližnjih supernova“.
Glavni autor je Theodoros Christoudias iz Centra za istraživanje klime i atmosfere, Kiparski institut, Nikozija, Kipar.
Lokalni mehur nije jedini dokaz supernove (SNe) u blizini kolapsa jezgra u poslednjih nekoliko miliona godina. Okeanski sedimenti takođe sadrže 60 Fe, radioaktivni izotop gvožđa sa vremenom poluraspada od 2,6 miliona godina.
SNe izbacuje 60 Fe u svemir kada eksplodiraju, što ukazuje da je obližnja supernova eksplodirala pre oko 2 miliona godina. Takođe postoji 60 Fe u sedimentima koji ukazuju na još jednu eksploziju SN pre oko 8 miliona godina.
Istraživači su povezali eksploziju SN sa izumiranjem iz kasnog Devona pre oko 370 miliona godina. U jednom radu, istraživači su otkrili biljne spore spaljene UV svetlom, što ukazuje da je nešto snažno osiromašilo Zemljin ozonski omotač.
U stvari, biodiverzitet Zemlje je opao oko 300.000 godina pre kasnog devonskog izumiranja, što sugeriše da je višestruki SNe mogao da igra ulogu.
Zemljin ozonski omotač je u stalnom toku. Kako UV energija dospe do nje, ona razbija molekule ozona (O3). To rasipa UV energiju, a atomi kiseonika se ponovo kombinuju u O3. Ciklus se ponavlja.
To je pojednostavljena verzija uključene atmosferske hemije, ali služi da ilustruje ciklus. Obližnja supernova bi mogla da preplavi ciklus, smanjujući gustinu stuba ozona i omogućavajući smrtonosnijem UV zračenju da dopre do površine Zemlje.
Ali u novom radu, Christoudias i njegovi kolege autori sugerišu da je ozonski omotač Zemlje mnogo otporniji nego što se mislilo i pruža dovoljnu zaštitu od SNe unutar 100 parseka.
Dok su prethodni istraživači modelirali Zemljinu atmosferu i njen odgovor na obližnji SN, autori kažu da su poboljšali taj rad.
Oni su modelirali Zemljinu atmosferu pomoću modela zemaljskih sistema sa atmosferskom hemijom (EMAC) kako bi proučavali uticaj obližnjih eksplozija SNe na Zemljinu atmosferu.
Koristeći EMAC, autori kažu da su modelirali „složenu dinamiku cirkulacije atmosfere, hemiju i povratne informacije procesa“ Zemljine atmosfere.
Oni su potrebni da bi se „simulirao gubitak stratosferskog ozona kao odgovor na povišenu jonizaciju, što dovodi do nukleacije izazvane jonima i rasta čestica u CCN“ (jezgra kondenzacije oblaka.)
„Pretpostavljamo da je u blizini reprezentativni SN sa GCR (galaktičkim kosmičkim zracima) stopa jonizacije u atmosferi koje su 100 puta prisutne“, pišu oni. To je u korelaciji sa eksplozijom supernove udaljene oko 100 parseka ili 326 svetlosnih godina.
„Maksimalno oštećenje ozona iznad polova je manje od današnje antropogene ozonske rupe nad Antarktikom, što predstavlja gubitak ozonskog stuba od 60–70%“, objašnjavaju autori.
„S druge strane, postoji povećanje ozona u troposferi, ali je u granicama nivoa koji je rezultat nedavnog antropogenog zagađenja.“
Ali hajde da pređemo na stvar. Želimo da znamo da li je Zemljina biosfera bezbedna ili ne.
Maksimalno prosečno oštećenje ozona u stratosferi od 100 puta više jonizujućeg zračenja od normalnog, reprezentativno za obližnji SN, iznosi oko 10% na globalnom nivou. To je otprilike isto smanjenje kao što uzrokuje naše antropogeno zagađenje. To ne bi mnogo uticalo na biosferu.
„Iako značajne, malo je verovatno da bi takve promene ozona imale veliki uticaj na biosferu, posebno zato što se najveći deo gubitka ozona javlja na visokim geografskim širinama“, objašnjavaju autori.
Ali to je za savremenu Zemlju. Tokom pretkambrija, pre nego što je život eksplodirao u umnožavanju oblika, atmosfera je imala samo oko 2% kiseonika. Kako bi SN uticao na to?
„Simulirali smo atmosferu sa 2% kiseonika jer bi to verovatno predstavljalo uslove u kojima bi biosfera u nastajanju na kopnu i dalje bila posebno osetljiva na oštećenje ozona“, pišu autori.
„Gubitak ozona je oko 10–25% na srednjim geografskim širinama i red veličine niži u tropima“, pišu autori. Na minimalnim nivoima ozona na polovima, jonizujuće zračenje iz SN-a bi zapravo moglo dovesti do povećanja stupca ozona.
„Zaključujemo da je malo verovatno da su ove promene atmosferskog ozona imale veliki uticaj na pojavu biosfere na kopnu tokom kambrija“, zaključuju oni.
Šta je sa globalnim hlađenjem?
Globalno zahlađenje bi se povećalo, ali ne u opasnoj meri. Preko Tihog i Južnog okeana, CCN bi mogao da poraste i do 100%, što zvuči mnogo. „Ove promene, iako su klimatski relevantne, uporedive su sa kontrastom između netaknute predindustrijske atmosfere i zagađene današnje atmosfere.
Kažu da bi to ohladilo atmosferu za otprilike istu količinu kao što je mi sada zagrevamo.
Istraživači ističu da se njihova studija tiče cele biosfere, a ne pojedinaca. „Naša studija ne uzima u obzir direktne zdravstvene rizike za ljude i životinje koji su rezultat izloženosti povišenom jonizujućem zračenju“, pišu oni.
U zavisnosti od individualnih okolnosti, pojedinci bi tokom vremena mogli biti izloženi opasnim nivoima zračenja. Ali generalno, biosfera bi zujala uprkos 100-strukom povećanju UV zračenja. Naša atmosfera i magnetosfera to mogu da podnesu.
„Sve u svemu, otkrivamo da je malo verovatno da je obližnji SNe izazvao masovno izumiranje na Zemlji“, pišu autori.
„Zaključujemo da atmosfera i geomagnetno polje naše planete efikasno štite biosferu od efekata obližnjeg SNe, što je omogućilo da se život na kopnu razvija tokom poslednjih stotina miliona godina.
Ova studija pokazuje da Zemljina biosfera neće mnogo patiti sve dok se eksplozije supernove drže na udaljenosti.
