Amikor potenciálisan lakható extra napenergia bolygót keresünk, a tudósokat kissé korlátozza az a tény, hogy csak egy bolygóról tudunk, ahol létezik élet (azaz a Föld). Ezért a tudósok földi (vagyis sziklás) bolygót keresnek, amely csillag lakóövezetén kering vagy, és olyan bioszignátumok jeleit mutatják, mint a légköri szén-dioxid - ami létfontosságú az élethez, amint azt ismertük.
Ez a földgáz, amely nagyrészt a Földön található vulkáni aktivitás eredménye, növeli a felületi hőt az üvegházhatás hatása révén, és a természetes folyamatok során ciklusa van a felszín és a légkör között. Ezért a tudósok már régóta azt hitték, hogy a lemeztektonika elengedhetetlen az életképességhez. A Pennsylvaniai Állami Egyetem egy új tanulmánya szerint azonban nem ez a helyzet.
A „Szénkerékpározás és a földméretes stagnáló fedélzeti bolygók életképessége” című tanulmányt nemrégiben tették közzé a tudományos folyóiratban. Asztrobiológia. A tanulmányt Bradford J. Foley és Andrew J. Smye, a Pennsylvania Állami Egyetem földtudományi tanszékének két asszisztense végezte.
A Földön a vulkanizmus a lemeztektonika eredménye, és akkor fordul elő, amikor két lemez ütközik egymással. Ez szubdukciót okoz, ahol az egyik lemezt a másik alá nyomják és mélyebben az aljzatba kerülnek. Ez a szubdukció a sűrű köpenyt felváltó magmává változtatja, amely a kéregben a föld felszínére emelkedik, és vulkánokat hoz létre. Ez a folyamat elősegítheti a szénkerékpárt is, ha a szén a köpenybe kerül.
A lemeztektonika és a vulkanizmus úgy gondolják, hogy központi szerepet játszottak az élet megjelenésében a Földön, mivel biztosította, hogy bolygónk elegendő hővel rendelkezzen a folyékony víz fenntartásához a felületén. Ennek az elméletnek a tesztelésére Foley és Smye professzorok modelleket készítettek annak meghatározására, hogy a Föld-szerű bolygó mennyiben lehet lakható tektonika nélkül.
Ezek a modellek figyelembe vették a hő fejlődését, a kéregtermelést és a CO-t2 kerékpározással korlátozza a sziklás, Föld méretű stagnáló fedélű bolygók életképességét. Ezek olyan bolygók, ahol a kéreg egyetlen óriás gömb alakú lemezből áll, amely nem a különálló darabokra, hanem a köpenyre lebeg. Az ilyen bolygókról azt gondolják, hogy sokkal gyakoribbak, mint azok a bolygók, amelyek lemeztektonikát tapasztalnak, mivel a Földön túli bolygóknak még nem bizonyították, hogy rendelkeznek tektonikus lemezekkel. Ahogyan Foley professzor egy Penn State News sajtóközleményében kifejtette:
„A vulkánizmus gázokat bocsát ki a légkörbe, majd az időjárási viszonyok révén a széndioxidot kiszívják a légkörből, és elkülönítik a felszíni kőzetekbe és üledékekbe. E két folyamat kiegyensúlyozásával a szén-dioxid egy bizonyos szinten marad a légkörben, ami nagyon fontos annak szempontjából, hogy az éghajlat mérsékelt-e és életre alkalmas-e. ”
Alapvetően modelleik figyelembe vették, hogy a stagnáló fedélzeti bolygó éghajlata mekkora hőt képes megtartani a bolygó kialakulásakor jelenlévő hő és hőtermelő elemek mennyisége alapján (más néven: a kezdeti hőköltségvetés). A Földön ezek az elemek tartalmazzák az uránt, amely bomláskor toriumot és hőt termel, amely ezután kálium és hő előállítására bomlik.
A bolygó méretét és kémiai összetételét változtató szimulációk százai elvégzése után úgy találták, hogy az álló fedél bolygók képesek lesznek olyan melegen tartani a hőmérsékletet, hogy folyékony víz létezzen a felületükön milliárd évig. Szélsőséges esetekben akár 4 milliárd évig is fenntarthatják az életfenntartó hőmérsékletet, ami majdnem a Föld kora.
Amint Smye rámutatott, ez részben annak a ténynek a következménye, hogy a lemeztektonika nem mindig szükséges a vulkáni aktivitáshoz:
„Még mindig van vulkanizmusa stagnáló fedélű bolygókon, de sokkal rövidebb életű, mint a lemeztektonikus bolygókban, mert nincs ilyen sok kerékpározás. A vulkánok egymást követő lávaáramlásokkal járnak, amelyeket az idő múlásával eltemetnek, mint egy tortát. A sziklák és az üledék minél mélyebben melegszik fel. ”
A kutatók azt is megállapították, hogy a lemezes tektonika nélkül a stagnáló fedél bolygóknak továbbra is lehet elegendő hő és nyomás a gáztalanításhoz, ahol a szén-dioxid-gáz eljuthat a kőzetekbõl és eljuthat a felszínre. A földön, Smye mondta, ugyanaz a folyamat történik a vízen a szubdukciós hibazónákban. Ez a folyamat növekszik a bolygón jelen lévő hőtermelő elemek mennyiségének függvényében. Ahogy Foley kifejtette:
"Van egy édes folttartomány, ahol egy bolygó elegendő mennyiségű szén-dioxidot bocsát ki, hogy megakadályozza a bolygó lefagyását, de nem annyira, hogy az időjárási körülmények nem képesek kiszorítani a szén-dioxidot a légkörből, és tartani a mérsékelt éghajlatot."
A kutatók modellje szerint a hőtermelő elemek jelenléte és mennyisége sokkal jobb mutatók voltak a bolygó életképességének fenntartására. Szimulációik alapján úgy találták, hogy a bolygó kezdeti összetétele vagy mérete nagyon fontos annak meghatározásakor, hogy életképessé válik-e vagy sem. Vagy amint mondják, a bolygó lehetséges életképességét a születéskor határozzák meg.
Annak bizonyításával, hogy az álló fedélű bolygók továbbra is támogathatják az életet, ez a tanulmány jelentősen kibővítheti azon tudománykörét, amelyet a tudósok potenciálisan lakhatónak tartanak. Amikor a James Webb űrteleszkópot (JWST) 2021-ben telepítették, megállt fedő bolygók légköreinek megvizsgálása a bioszignálok (mint például a CO2) fő tudományos célkitűzés lesz.
Annak ismerete, hogy ezeknek a világoknak több képes fenntartani az életet, minden bizonnyal jó hír azok számára, akik abban reménykednek, hogy életünk során bizonyítékot találunk a földön kívüli életre.
