Zemlja je jedina planeta koja podržava život za koju znamo, pa je primamljivo da je koristimo kao standard u potrazi za životom na drugim mestima. Ali savremena Zemlja ne može poslužiti kao osnova za procenu egzoplaneta i njihovog potencijala da podrže život. Zemljina atmosfera se radikalno promenila tokom svojih 4,5 milijardi godina.
Bolji način je da se utvrdi koji su biomarkeri prisutni u Zemljinoj atmosferi u različitim fazama njene evolucije i na osnovu toga sudi o drugim planetama.
To je uradila grupa istraživača iz Velike Britanije i SAD. Njihovo istraživanje je naslovljeno „Rana Zemlja kao analog za egzoplanetarnu biogeohemiju“ i pojavljuje se na serveru za pre-štampanje arXiv. Glavni autor je Eva E. Stueken, dr. student na School of Earth & Environmental Sciences, Universiti of St Andrevs, UK.
Kada se Zemlja formirala pre oko 4,5 milijardi godina, njena atmosfera nije bila kao danas. U to vreme atmosfera i okeani su bili anoksični. Pre oko 2,4 milijarde godina, slobodni kiseonik je počeo da se akumulira u atmosferi tokom Velikog događaja oksigenacije, jednog od odlučujućih perioda u istoriji Zemlje. Ali kiseonik je došao iz samog života, što znači da je život bio prisutan kada je Zemljina atmosfera bila mnogo drugačija.
Ovo nije jedini primer kako se Zemljina atmosfera menjala tokom geološkog vremena. Ali to je poučno i pokazuje zašto potraga za životom znači više od traženja atmosfere poput moderne Zemlje. Da je to način na koji smo vodili pretragu, propustili bismo svetove u kojima se fotosinteza još nije pojavila.
U svom istraživanju, autori ističu kako je Zemlja bila domaćin bogatoj i evoluirajućoj populaciji mikroba u različitim atmosferskim uslovima milijardama godina.
„Veći deo ovog vremena, Zemlju je naseljavala čisto mikrobna biosfera, iako sa naizgled sve većom složenošću tokom vremena“, pišu autori. „Bogati zapisi o ovoj geobiološkoj evoluciji tokom većeg dela istorije Zemlje na taj način pružaju uvid u daljinsko otkrivanje mikrobnog života u različitim planetarnim uslovima.
Nije samo život taj koji se menja tokom vremena. Tektonika ploča se promenila i možda je dugo vremena bila tektonika „ustajalog poklopca“. U tektonici stagnirajućeg poklopca, ploče se ne pomeraju horizontalno. To može imati posledice po atmosfersku hemiju.
Glavna stvar je da Zemljina atmosfera ne odražava solarnu maglinu u kojoj se formirala planeta. Višestruki isprepleteni procesi su promenili atmosferu tokom vremena. Potraga za životom uključuje ne samo bolje razumevanje ovih procesa, već i kako da se identifikuje u kojoj bi fazi egzoplanete mogle biti.
Aksiomatično je da biološki procesi mogu imati dramatičan efekat na planetarne atmosfere. „Na savremenoj Zemlji, sastav atmosfere je veoma snažno kontrolisan životom“, pišu istraživači. „Međutim, svaki potencijalni atmosferski biosignatur mora biti odvojen od pozadine abiotskih (geoloških i astrofizičkih) procesa koji takođe doprinose planetarnoj atmosferi i koji bi dominirali na beživotnim svetovima i na planetama sa veoma malom biosferom.“
Autori navode najvažnije lekcije koje nas rana Zemlja može naučiti o potrazi za životom.
Prvi je da je Zemlja zapravo imala tri različite atmosfere tokom svoje duge istorije. Prvi je došao iz solarne magline i izgubljen je ubrzo nakon formiranja planete. To je primarna atmosfera. Drugi je nastao ispuštanjem gasa iz unutrašnjosti planete.
Treća, moderna atmosfera Zemlje, je složena. To je balansiranje koje uključuje život, tektoniku ploča, vulkanizam, pa čak i bekstvo iz atmosfere. Bolje razumevanje toga kako se Zemljina atmosfera menjala tokom vremena daje istraživačima bolje razumevanje onoga što vide u atmosferama egzoplaneta.
Drugi je da što se više osvrćemo u prošlost, više se menjaju ili uništavaju stenski zapisi ranog života Zemlje. Naši najbolji dokazi sugerišu da je život bio prisutan pre 3,5 milijardi godina, možda čak i pre 3,7 milijardi godina. Ako je to slučaj, prvi život je možda postojao na svetu prekrivenom okeanima, bez kontinentalnih kopnenih masa i samo na vulkanskim ostrvima.
Da je bilo obilne vulkanske i geološke aktivnosti pre 3,5 i 3,7 milijardi godina, bilo bi velikih tokova CO 2 i H 2. Pošto su ovo supstrati za metanogenezu, onda je metan možda bio u izobilju u atmosferi i mogao se otkriti.
Treća lekcija koju autori navode je da planeta može dugo vremena da ugosti život koji proizvodi kiseonik pre nego što kiseonik može biti otkriven u atmosferi. Naučnici smatraju da se fotosinteza kiseonika pojavila na Zemlji sredinom arhejskog eona. Arhej se prostirao od pre 4 milijarde do 2,5 milijardi godina, tako da je srednji arhej negde pre 3,25 milijardi godina. Ali kiseonik nije mogao da se akumulira u atmosferi sve do Velikog događaja oksigenacije pre oko 2,4 milijarde godina.
Kiseonik je moćan biomarker, i ako se nađe u atmosferi egzoplaneta, to bi bio razlog za uzbuđenje. Ali život na Zemlji postojao je dugo vremena pre nego što je atmosferski kiseonik bio detektovan.
Četvrta lekcija obuhvata pojavu horizontalne tektonike ploča i njen uticaj na hemiju. „Od GOE pa nadalje, Zemlja je tektonski izgledala slično današnjoj“, pišu autori. Okeani su verovatno bili stratifikovani u anoksični sloj i površinski sloj sa kiseonikom. Međutim, hidrotermalna aktivnost je neprestano unosila gvožđe u okeane. To je povećalo nivoe sulfata u morskoj vodi što je smanjilo metan u atmosferi. Bez tog metana, Zemljina biosfera bi bila mnogo manje uočljiva.
„Planeta Zemlja je evoluirala u proteklih 4,5 milijardi godina od potpuno anoksične planete sa mogućim drugačijim tektonskim režimom do sveta sa kiseonikom sa horizontalnom tektonikom ploča koju danas poznajemo“, objašnjavaju autori. Sva ta složena evolucija je omogućila da se život pojavi i napreduje, ali takođe čini otkrivanje ranijih biosfera na egzoplanetama komplikovanijim.
U velikoj smo nepovoljnoj poziciji u potrazi za životom na egzoplanetama. Možemo bukvalno kopati u drevnu stenu Zemlje kako bismo pokušali da razotkrijemo dugu istoriju života na Zemlji i kako je atmosfera evoluirala tokom milijardi godina. Kada su u pitanju egzoplanete, sve što imamo su teleskopi. Sve snažniji teleskopi, ali ipak teleskopi. Dok počinjemo da istražujemo svoj solarni sistem, posebno Mars i primamljive okeanske mesece koji kruže oko gasnih divova, drugi solarni sistemi su van našeg fizičkog dometa.
„Umesto toga, moramo daljinski prepoznati prisustvo vanzemaljskih biosfera i okarakterisati njihove biogeohemijske cikluse u planetarnim spektrima dobijenim velikim zemaljskim i svemirskim teleskopima“, pišu autori. „Ovi teleskopi mogu da ispitaju sastav atmosfere otkrivanjem karakteristika apsorpcije povezanih sa određenim gasovima.“ Ispitivanje atmosferskih gasova je naš najmoćniji pristup trenutno, kao što pokazuje JVST.
Ali kako naučnici budu dobijali bolje alate, počeće da idu dalje od atmosferske hemije. „Možda bismo takođe mogli da prepoznamo površinske karakteristike na globalnom nivou, uključujući interakciju svetlosti sa fotosintetičkim pigmentima i ‘sjaj’ koji proizilazi iz spekularne refleksije svetlosti od tečnog okeana.
Razumevanje onoga što vidimo u atmosferama egzoplaneta paralelno je sa našim razumevanjem duge istorije Zemlje. Zemlja bi mogla biti ključ za naše širenje i ubrzanje potrage za životom.
„Raskrivanje detalja kompleksne biogeohemijske istorije Zemlje i njenog odnosa sa spektralnim signalima koji se mogu posmatrati na daljinu je važno razmatranje za dizajn instrumenata i našu sopstvenu potragu za životom u univerzumu“, pišu autori.
