Åndbare atmosfærer kan være mere almindelige i universet, end vi først troede

Eksistensen af ​​beboelige fremmede verdener har været en grundpille i populærkulturen i mere end et århundrede. I det 19. århundrede, astronomer troede, at marsboere muligvis bruger kanalbaserede transportforbindelser til at krydse den røde planet. Nu, på trods af at de lever i en tid, hvor videnskabsmænd kan studere planeter lysår fra vores eget solsystem, mest ny forskning fortsætter med at mindske chancerne for at finde andre verdener, som mennesker kan leve på. Den største anstødssten kan være ilt - menneskelige nybyggere ville have brug for en atmosfære med høj ilt til at trække vejret.

Så hvordan var vi så heldige at udvikle os på en planet med masser af ilt? Historien om Jordens oceaner og atmosfære tyder på, at stigningen til nutidens niveauer af O₂ var temmelig vanskelig. Den nuværende konsensus er, at Jorden gennemgik en tre-trins stigning i atmosfæriske og oceaniske iltniveauer, den første blev kaldt "Den Store Oxidationsbegivenhed" for omkring 2,4 milliarder år siden. Derefter kom "Neoproterozoic Oxygenation Event" for omkring 800 millioner år siden, og så endelig "Paleozoic Oxygenation Event" for omkring 400 millioner år siden, da iltniveauet på Jorden nåede deres moderne top på 21 %.

Hvad der skete i disse tre perioder for at øge iltniveauet er et spørgsmål til debat. En idé er, at nye organismer "biomanipulerede" planeten, omstrukturering af atmosfæren og oceanerne gennem enten deres stofskifte eller deres livsstil. For eksempel, opkomsten af ​​landplanter for omkring 400 millioner år siden kunne have øget ilt i atmosfæren gennem landbaseret fotosyntese, tager over fra fotosyntetiske bakterier i havet, som har været de vigtigste iltproducenter i det meste af Jordens historie. Alternativt pladetektoniske ændringer eller gigantiske vulkanudbrud er også blevet forbundet med Jordens iltningsbegivenheder.

Denne begivenhedsbaserede historie om, hvordan ilt kom til at være så rigeligt på Jorden, antyder, at vi er meget heldige at leve i en verden med højt iltindhold. Hvis der ikke var sket et vulkanudbrud, eller en bestemt type organisme ikke havde udviklet sig, så kan ilt være gået i stå ved lave niveauer. Men vores seneste forskning tyder på, at dette ikke er tilfældet. Vi lavede en computermodel af jordens kulstof, ilt og fosfor cykler og fandt ud af, at iltovergangene kan forklares af vores planets iboende dynamik og sandsynligvis ikke krævede nogen mirakuløse begivenheder.

Fosfor - det manglende led

En ting, vi mener mangler i teorier om Jordens iltning, er fosfor. Dette næringsstof er meget vigtigt for fotosyntetiske bakterier og alger i havet. Hvor meget havfosfor der er, vil i sidste ende styre, hvor meget ilt der produceres på Jorden. Dette er stadig sandt i dag - og har været det siden udviklingen af ​​fotosyntetiske mikrober for omkring tre milliarder år siden.

Fotosyntese i havet afhænger af fosfor, men høje fosfatniveauer driver også forbruget af ilt i det dybe hav gennem en proces, der kaldes eutrofiering. Når fotosyntetiske mikrober dør, de nedbrydes, som forbruger ilt fra vandet. Når iltniveauet falder, sedimenter har en tendens til at frigive endnu mere fosfor. Denne feedbacksløjfe fjerner hurtigt ilt. Dette betød, at iltniveauet i havene var i stand til at ændre sig hurtigt, men de blev bufferet over lange tidsskalaer af en anden proces, der involverede Jordens kappe.

Gennem Jordens historie, vulkansk aktivitet har frigivet gasser, der reagerer med og fjerner ilt fra atmosfæren. Disse gasstrømme er aftaget over tid på grund af Jordens kappeafkøling, og vores computermodel antyder, at denne langsomme reduktion sammen med den indledende udvikling af fotosyntetisk liv var alt, hvad der var nødvendigt for at producere en række trinvise stigninger i iltniveauet.

Disse trinvise stigninger har en klar lighed med den tre-trins stigning i ilt, der er sket gennem Jordens historie. Modellen understøtter også vores nuværende forståelse af havets iltning, hvilket ser ud til at have involveret adskillige cyklusser af iltning og deoxygenering, før havene blev modstandsdygtige iltede, som de er i dag.

Det virkelig spændende ved alt dette er, at iltningsmønsteret kan skabes uden behov for vanskelige og komplekse evolutionære spring fremad, eller omstændige katastrofale vulkanske eller tektoniske begivenheder. Så det ser ud til, at Jordens iltning kan have været uundgåelig, når først fotosyntesen havde udviklet sig - og chancerne for, at verdener med højt iltindhold eksisterede andre steder, kunne være meget højere.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.