Ziemia nadawała się do zamieszkania od miliardów lat – jakie są szanse?

<p>How has Earth managed to stay fit for life for billions of years?</p>


ja

t wziął ewolucja 3 lub 4 miliardy lat do wyprodukowania Homo sapiens. Jeśli klimat tylko raz w tamtym czasie całkowicie zawiodła, wtedy ewolucja zatrzymałaby się gwałtownie i nie byłoby nas tutaj teraz. Aby zrozumieć, w jaki sposób zaczęliśmy istnieć planeta Ziemia, musimy wiedzieć, w jaki sposób Ziemia zdołała pozostać w formie do życia przez miliardy lat.

To nie jest trywialny problem. Obecne globalne ocieplenie pokazuje nam, że klimat może ulec znacznej zmianie w ciągu nawet kilku stuleci. W geologicznych skalach czasowych zmiana klimatu jest jeszcze łatwiejsza. Obliczenia pokazują, że istnieje możliwość pogorszenia się klimatu na Ziemi do temperatur poniżej zera lub powyżej wrzenia w ciągu zaledwie kilku milionów lat.

Wiemy również, że Słońce stał się o 30 procent jaśniejszy od czasu ewolucji życia. Teoretycznie powinno to spowodować oceany gotować się do tej pory, biorąc pod uwagę, że generalnie nie były zamarznięte na wczesnej Ziemi – jest to znane jako „słaby paradoks młodego Słońca”. Jednak w jakiś sposób ta zagadka dotycząca zamieszkiwania została rozwiązana.

Naukowcy przedstawili dwie główne teorie. Po pierwsze, Ziemia może posiadać coś w rodzaju termostatu – mechanizm (lub mechanizmy) sprzężenia zwrotnego, który uniemożliwia klimatowi zagłębianie się w fatalne temperatury.

Po drugie, z dużej liczby planet, być może niektórym udaje się po prostu przez szczęście, a Ziemia jest jedną z nich. Ten drugi scenariusz jest bardziej wiarygodny dzięki odkryciom w ostatnich dziesięcioleciach wielu planet poza naszym Układem Słonecznym – tak zwanych egzoplanet. Astronomiczne obserwacje odległych gwiazd mówią nam, że wiele planet je orbituje, a niektóre mają taką wielkość, gęstość i odległość orbitalną, że teoretycznie możliwe są temperatury odpowiednie dla życia. Szacuje się, że jest ich co najmniej 2 miliardy takich kandydujących planet tylko w naszej galaktyce.

Naukowcy chcieliby udać się na te egzoplanety, aby sprawdzić, czy którakolwiek z nich dorównała miliardom lat stabilności klimatu na Ziemi. Ale nawet najbliższe egzoplanety, krążące wokół gwiazdy Proxima Centauri, są oddalone o ponad cztery lata świetlne. Trudno jest zdobyć dowody obserwacyjne lub eksperymentalne.

Zamiast tego zbadałem to samo pytanie poprzez modelowanie. Korzystanie z programu komputerowego zaprojektowanego do symulacji ewolucji klimatu na planetach w ogóle (nie tylko na Ziemi), Najpierw wygenerowałem 100 000 planet, każdy z losowo innym zestawem sprzężeń zwrotnych dotyczących klimatu. Sprzężenie zwrotne klimatyczne to procesy, które mogą wzmacniać lub zmniejszać zmiany klimatyczne – pomyślmy na przykład o topnieniu lodu morskiego w Arktyce, który zastępuje odbijający światło słoneczne lód otwartym morzem pochłaniającym światło słoneczne, co z kolei powoduje większe ocieplenie i topnienie.



Prawie za każdym razem w symulacji, kiedy planeta nadawała się do zamieszkania przez 3 miliardy lat, częściowo było to spowodowane szczęściem

Aby zbadać, jak prawdopodobne jest, że każda z tych różnorodnych planet pozostanie zamieszkana w olbrzymich (geologicznych) skalach czasowych, przeprowadziłem symulację co 100 razy. Za każdym razem planeta startowała z innej temperatury początkowej i była wystawiona na losowo inny zestaw zdarzeń klimatycznych. Wydarzenia te reprezentują czynniki zmieniające klimat, takie jak wybuchy superwulkanów (np Góra Pinatubo ale znacznie większe) i uderzenia asteroid (takie jak ten, który zabił dinozaury). Podczas każdego ze 100 przebiegów śledzono temperaturę planety, aż stała się zbyt gorąca lub zbyt zimna, albo też przetrwała 3 miliardy lat, kiedy to uznano, że jest to potencjalny tygiel dla inteligentnego życia.

Wyniki symulacji dają jednoznaczną odpowiedź na ten problem związany z zamieszkaniem, przynajmniej pod względem znaczenia sprzężeń zwrotnych i szczęścia. Bardzo rzadko (w rzeczywistości tylko jeden raz na 100 000) planeta miała tak silne stabilizujące sprzężenie zwrotne, że nadawała się do zamieszkania przez całe 100 razy, niezależnie od przypadkowych zdarzeń klimatycznych. W rzeczywistości większość planet, które przynajmniej raz nadawały się do zamieszkania, robiła to mniej niż 10 razy na 100. Prawie za każdym razem w symulacji, kiedy planeta nadawała się do zamieszkania przez 3 miliardy lat, było to częściowo spowodowane szczęściem. Jednocześnie okazało się, że szczęście samo w sobie jest niewystarczające. Planety, które zostały specjalnie zaprojektowane tak, aby w ogóle nie miały sprzężenia zwrotnego, nigdy nie nadawały się do zamieszkania; przypadkowe spacery, nawiedzane przez wydarzenia klimatyczne, nigdy nie trwały.

<amp-img class = "inline-gallery-btn i-amphtml-layout-responsive i-amphtml-layout-size-define" on = "tap: inline-image-gallery, inline-image-carousel.goToSlide (index = 1) "tabindex =" 0 "role =" przycisk "data-gallery-length =" 2 "src =" https://static.independent.co.uk/2021/01/22/15/life-on-earth -1.jpg? Width = 982 & height = 726 & auto = webp & quality = 75 "alt ="

Powtarzane przebiegi w symulacji nie były identyczne: 1000 różnych planet zostało wygenerowanych losowo, a każda z nich została uruchomiona dwukrotnie. (a) wyniki z pierwszej serii, (b) wyniki z drugiej serii. Zielone kręgi wskazują na sukces (żył przez 3 miliardy lat) i czarną porażkę

"wysokość =" 782 "szerokość =" 1000 "srcset =" https://static.independent.co.uk/2021/01/22/15/life-on-earth-1.jpg?width=320&auto=webp&quality= 75 320 w, https://static.independent.co.uk/2021/01/22/15/life-on-earth-1.jpg?width=640&auto=webp&quality=75 640w "layout =" responsive "i-amphtml -layout = "responsive">

Powtarzane przebiegi w symulacji nie były identyczne: 1000 różnych planet zostało wygenerowanych losowo, a każda z nich została uruchomiona dwukrotnie. (a) wyniki z pierwszej serii, (b) wyniki z drugiej serii. Zielone kręgi wskazują na sukces (żył przez 3 miliardy lat) i czarną porażkę

(Podano autora)

Ten ogólny wynik, w którym wyniki zależą częściowo od informacji zwrotnych, a częściowo od szczęścia, jest solidny. Wszelkiego rodzaju zmiany w modelowaniu nie miały na to wpływu. W związku z tym Ziemia musi posiadać pewne stabilizujące klimat sprzężenia zwrotne, ale jednocześnie musiało wiązać się szczęście z utrzymaniem jej nadającej się do zamieszkania. Gdyby na przykład asteroida lub rozbłysk słoneczny był nieco większy niż był lub wystąpił w nieco innym (bardziej krytycznym) czasie, prawdopodobnie nie byłoby nas dzisiaj na Ziemi. Daje inną perspektywę na to, dlaczego jesteśmy w stanie spojrzeć wstecz na niezwykłą, ogromnie rozszerzoną historię życia na Ziemi, która ewoluuje i różnicuje się i staje się coraz bardziej złożona do tego stopnia, że ​​dała nam początek.



Source link