Излишъкът на вода може да е заплаха за живота

Ако океанът е прекалено дълбок, на неговото дъно се образува екзотична форма лед, блокираща въглеродния цикъл, който стабилизира климата.

Ян Алиберт от университета в Берн (Швейцария) се опитал да ограничи броя на екзопланетите, на които може да се заподозре наличието на живот, използвайки един от най-явните им параметри – техния радиус.

Макар да се очаква телескопите, планирани да бъдат изпратени към края на десетилетието, да могат да проверят жизнеността (или дори преките следи от живот) поне на близките до нашата система екзопланети, списъкът с потенциално обитаемите тела може да се уточни още сега.

Както справедливо отбелязва изследователят, не може да се разбере точно коя планета ще бъде обитаема. Но можем да се опитаме да определим тези, които сто процента са необитаеми.

В този смисъл за ключов параметър той смята атмосферното налягане на повърхността на планетите и в още по-голяма степен – налягането на дъното на океаните. Защо именно тях?

Въглеродният живот от нашия тип, според Ян Алиберт, изисква наличието на планетата на течна вода на повърхността и на въглероден цикъл. С течната вода нещата са ясни, както е очевидно и това, че по-масивните планети могат да задържат повече вода, отколкото Земята, и често да са покрити плътно с океан. Но за въглеродния цикъл са необходими някои пояснения.

На Земята силикатните планински породи са подложени на обветряне (на сушата), освен това те се свързват с въглеродния диоксид от атмосферата и този, които е разтворен в океанската вода, където той е много повече. В резултат се образуват карбонати, спускат се на морското дъно, а след това – още по-дълбоко, към мантията, където при нагряване съдържащите този газ вещества го освобождават и той с вулканичната активност отново се изхвърля в атмосферата.

Смята се, че този цикъл е много важен за стабилизацията на климата. Например нарастването на повърхността ще предизвика засилване на процесите по обветряне, а и количеството въглероден диоксид, разтворено в океанската вода, неизбежно ще нарасне. Накрая процесът на неговото свързване с карбонатите така ще се усили, че концентрацията на основния парников газ в атмосферата ще спадне. А след него ще последва и температурата.

Напротив – продължителното вледеняване почти напълно ще прекрати обветрянето на силикатите и ще намали съдържанието на въглероден диоксид, разтворено във водата. В резултат въглеродният диоксид в атмосферата не само ще се натрупва, но и няма да има къде да иде, което рано или късно ще доведе до размразяване на планетата.

Както подчертава ученият, на планета-океан цялата тази система може отиде по дяволите. Дълбокият океан формира на дъното слой от екзотичния лед VII, който играе ролята на „глобален вледенител” и не позволява на карбонатите да се спускат в мантията. Рано или късно въглеродът оттам престава да постъпва с вулканичната активност и идва краят на въглеродния цикъл с цялата му стабилизираща климата роля. За постигане на такива условия налягането там, според автора, трябва да е около 2,4 Gpa.

Какво се получава? Според изследователя планетите с маса от две до дванайсет земни в зависимост от конкретния състав може да се колебаят по размери от 1,8 (за две земни маси) до 2,3 радиуса на Земята (за 12 земни маси). Ако размерът на планета надвиши тези значения, при всички изследвани варианти на нейния състав налягането на дъното на океана ще бъде прекалено голямо за поддържане на въглероден цикъл – той ще бъде блокиран от вечна кора лед.

Тази оценка на радиуса е дадена с определена резерва – фактически повечето планети може да станат необитаеми още при радиус около половината от земния, смята Алиберт.

Следва да отбележим, че според някои оценки повечето „суперземи”, открити от „Кеплер”, при предлаганите маси са прекалено големи, за да се вместят в този ограничител. На пръв поглед това създава известна загриженост за съдбата на повечето потенциални обитания на извънземен живот.

Но авторът смята, че на теория толкова голям радиус не говори за негодност на екзопланетите за живот в бъдеще. Според него, ако въглеродният цикъл е блокиран, на планетата може да започне процес, сходен с този, който е имал място на Земята по време на глобалните заледявания, тоест натрупването на въглероден диоксид в атмосферата без неговата евакуация в мантията.

Когато вулканичната активност изхвърли в атмосферата достатъчно количество въглероден диоксид, започва неудържим парников ефект, с който температурата се покачва до точката на началото на загуба на хидросфера. Водата просто интензивно се изпарява в Космоса и едва след като бъде загубено достатъчно количество, налягането на дъното на океана спада до значението, при което лед VII изчезва и въглеродният цикъл отново може да се нормализира.

От този сдържан, но оптимистичен извод възниква въпросът: как да отличим планетата с голям радиус, която вече се е избавила от излишната хидросфера и е пуснала въглеродния цикъл, от тази, на която още няма такъв цикъл, понеже океаните не са се изпарили в необходимата степен? Уви, на този въпрос изследователят не дава отговор.

Не е ясно и доколко може да варира водата в състава на планета дори с формално малък радиус – може ли да се случи така, че прекалено дълбок океан и (или) прекалено плътна атмосфера да се образуват на повърхността на планета, по-малка от Земята (ако си спомним Венера и хипотетичния океан под ледовете на Европа)?

Накрая, както отбелязва и самият Ян Алиберт, при наличието на планетата на голямо количество вещества от рода на амоняк и въглероден диоксид точката на кристализация за екзотичните форми лед може значително да се отличава от характерните за чистата вода, което също е способно да измести радиуса на потенциално обитаемите „суперземи” в посока увеличение. За да разбере колко точно, ученият смята за необходимо провеждането на допълнителни изследвания.

Отчет за изследването е приет за публикуване в сп. Astronomy and Astrophysics, а с предварителната му версия можете да се запознаете тук.

Източник: Phys.Org