Den bästa semestergåvanbjudan för rymdfläktar 2017

Villkoren på den tidiga jorden har länge varit ett mysterium. Men forskare från NASA och University of Washington har nu utformat ett sätt att redogöra för tidens osäkra variabler och upptäcker att vår planet kanske har varit mer tempererad för länge sen än tidigare tänkt.

Genom att tillämpa dessa fynd på andra steniga planeter drar forskarna slutsatsen att tidsramen och sannolikheten för livet som kvarstår någon annanstans är större än första tanken.

Med tanke på att vi inte har några stenar eller annat material från jordens första 500 miljoner år, har approximationer av förhållandena på vår planet under den tiden varierat mycket. En del bildar tidig jord som omslaget av vulkanutbrott och bubbla med lava, medan andra ser en värld som sover och omsluter sig i is. [7 teorier om livets ursprung på jorden]

Jordens 4,5 miljarderåriga historia lämnar plats för många geologiska faser och "människor har använt olika geokemiska dataset för att få en viss mängd ytbetingelser", säger studiens ledande författare Joshua Krissansen-Totton vid University of Washington.

Forskarna fokuserade på Archean Eon, 4 miljarder till 2,5 miljarder år sedan, strax efter bildandet av jordskorpan, atmosfären och oceanerna. Det är också när livet troligen uppstod.

Den svåra delen är att avleda havets pH och den globala temperaturen, vilken uppskattning varierar drastiskt, från alkaliskt till korrosivt surt och från minus 13 till 185 grader Fahrenheit (minus 25 till 85 grader Celsius).

En naturlig termostat

Jordens koldioxidcykel håller nyckeln till att begränsa dessa variabler. Vulkaner trycker kol i atmosfären genom att koldioxid utmassas. kolsyra regnar sedan ner till ytan, löser upp bergarter och släpper jonerna inuti, som så småningom når oceanen via floder och bildar kalciumkarbonat.

Nettoresultatet av denna process är att koldioxid i luften är låst i stenar. På liknande sätt löser havsvatten som cirkulerar genom havsskorpan den omgivande klippan och frigör joner som sedan bildar nya karbonatstrålar - en process som också låser upp atmosfäriskt kol i skorpan. Några av detta kol subduceras tillbaka in i planetens mantel och börjar cykeln på nytt, eftersom den utgaser igen av vulkaner.

Dessa väderprocesser är temperaturberoende; Krissansen-Totton liknade effekten till en "naturlig termostat".

Om koldioxidutsläppen ökar ökar temperaturen. om temperaturen ökar ökar vattnet i havet. Eftersom det tog miljarder år för att skapa jordens kontinenter, fanns mindre land på tidigt jord, så sejdervädling hade en särskilt betydande påverkan på jordens temperatur och vice versa.

Forskare tillämpade sin förståelse för koldioxidcykeln baserat på data från de senaste 100 åren och, i stället för att välja någon enskild teori om havsammansättning och klimat, "valde de det bredaste området för det okända och beräknade sedan utbudet av möjligheter för klimat och hav pH ", berättade Krissansen-Totton Astrobiology Magazine.

"Forskarna började med nya sätt att beskriva hur kol i sediment och stenporvatten konsumeras av kemiska reaktioner [vid havsbottenförväxling]," förklarade Boston University Earth and Environment professor Andrew Kurtz, som inte var en del av studien.

En robust bild av tidig jord

Forskarna testade sin modell mot de senaste 100 miljoner år av jordhistoria, som vi vet mycket mer om, för ett papper som de publicerade förra året. Den här nya studien är den första som distribuerar en realistisk och självkonsoliderad representation av processen och att tillämpa det på den tidiga jorden, sa studiemedlemmarna.

Simuleringarna är inte exakta och löser inte alla osäkerheter. Men, enligt Krissansen-Totton, ger de "robust" information om tidig jord. Kurtz bekräftade att resultaten "producerar en till synes rimlig klimat- och pH-historia som är fysiskt förnuftig och matematiskt internt konsekvent."

Jordens första hälften miljarder år är en period som kallas Hadean Eon, så namngiven på grund av dess heliga värme. Studiens resultat utmanar dock uppfattningen att jorden förblev brinnande varm väl in i den arkeiska Eonen. Efter att värmen från jordens formation släpptes förutspådde forskarnas modeller att klimat och havs pH var förvånansvärt måttligt: ​​mellan 32 och 122 grader Fahrenheit (0-50 grader Celsius), med ett pH mellan 6,2 och 7,7. (Ett pH av 7 är neutralt.)

Kurtz noterade att detta resultat stämmer överens med ett inflytelserikt 2002-papper som hävdar sannolikheten för en "cool tidig jord".

Krissansen-Totton anser att regleringen av kolväten / havsbottenförväxling skulle ske på någon stenig planet med vatten. "Det är inget speciellt med dessa processer," sa han. Vi vet att före solens nebula innehåller ingredienserna för livet; vi vet också otaliga exoplaneter med de ingredienserna som finns i de "beboeliga zonen" av deras stjärnor. Studien utökar tidens fönstret på vilket livet kunde ha uppstått på dessa planeter. [10 exoplaneter som kan vara värd för Alien Life]

Fler möjligheter till livet

Modellen löser inte debatter om exakt när eller var livet kom fram, men det styr forskare i produktiva riktningar för vidare forskning. Till exempel, "om du tror att livet på jorden startade vid höga temperaturer, kan det fortfarande vara sant", säger Krissansen-Totton, "men det skulle begränsa ursprung till lokalt varma miljöer som hydrotermiska ventiler."

Studien har också konsekvenser för planetarisk utveckling.Kurtz påpekade att "Mars hade en gång det mesta av vad jorden har gått för det, eller så tänker vi: vatten på ytan, koldioxid i atmosfären och silikatklostret", en kombination som tycks stödja möjligheten att livet någonsin kunde ha fanns där.

Forskare tror att Mars 'atmosfär var förlorad till rymden via solvinden, men det är fortfarande fråga om hur upprörd den röda planets konjunkturbalans, liksom om andra planeter skulle kunna uppleva så drastiska villkorliga förändringar.

Den nya studien publicerades i april i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.

Arbetet stöddes av NASA Astrobiology genom programmet Exobiology & Evolutionary Biology och Virtual Planet Laboratory, samt genom Earth and Space Science Fellowship-programmet.