При поиске пригодных для жизни планет вне солнечной системы ученые ограничены тем фактом, что человечеству известна только одна планета, где существует жизнь и это наша Земля. По этой причине ученые ищут планеты, которые похожи на Землю, то есть имеющие скалистое строение, которые вращаются на орбитах своих звезд и имеют биологические признаки , такие как атмосферный углекислый газ, который необходим для жизни, какой мы ее знаем.
Этот газ, который в значительной степени является следствием вулканической активности на Земле, увеличивает поверхностное тепло благодаря парниковому эффекту и тектоническим процессам. По этой причине ученые давно считают, что движение плит имеет важное значение для обитаемости. Однако, согласно исследованию , проведенному командой ученых из Университета штата Пенсильвания, это может быть не так.
Исследование проводили Б. Дж. Фоли и Э. Дж. Смай, два доцента из отдела геофизических исследований в Университете штата Пенсильвания.
Происхождение вулканов на Земле обусловлено столкновением тектонических плит . Это вызывает "субдукцию", когда одна плита погружается под другую и проникает глубоко под поверхность, изменяя тем самым плотную мантию на плавучую магму, которая поднимается через кору на поверхность Земли и образует вулканы. Этот процесс вызывает углеродный цикл, при котором углерод попадает в мантию.
Тектонические процессы и вулканы, как полагают, были главными причинами возникновения жизни на Земле, поскольку это обеспечивало достаточное тепло на планете, при котором вода находилась в жидком состоянии. Для проверки этой теории ученые создали модели, которые помогли определить насколько пригодна для обитания планета если на ней отсутствует тектоника плит.
Эти модели учитывали тепловую эволюцию Земли, особенности образования земной коры и круговорот CO2, что ограничило обитаемость других скалистых планет с неподвижной литосферой. Это такие планеты, где кора состоит из одной гигантской сферической плиты, лежащей на мантии, а не отдельных частей. Такие планеты считаются гораздо более распространенными, чем планеты, которые имеют тектонику плит, как на Земле. Как объяснил профессор Фоли в Penn State News :
«Вулканы выделяют газы в атмосферу, затем углекислый газ вытягивается из атмосферы и попадает в поверхностные породы и осадки. Балансировка этих двух процессов удерживает углекислый газ на определенном уровне в атмосфере, что очень важно для сохранения умеренного и подходящего для жизни климата».
По существу, в их моделях учитывалось, сколько тепла может удержать планета с неподвижной литосферой, исходя из количества запасов тепловыделяющих элементов, присутствующих при ее формировании. На Земле эти элементы включают уран, который вырабатывает торий и тепло, когда он распадается.
После проведения сотен симуляций, которые изменяли размер и химический состав планеты, они обнаружили, что планеты с неподвижной литосферой могут поддерживать достаточно теплые температуры, чтобы вода в жидком состоянии могла существовать на их поверхностях в течении миллиардов лет. В крайних случаях они могут поддерживать жизнеобеспечивающие температуры на срок до 4 миллиардов лет, что почти составляет возраст Земли.
Это отчасти объясняется тем, что тектоника плит не всегда необходима для вулканической активности. На планетах с неподвижной литосферой наблюдаются вулканические процессы, циклы которых однако намного короче чем на Земле.
Исследователи также обнаружили, что без тектонических процессов планеты могут по-прежнему иметь достаточное количество тепла и давления для дегазации, при этом углекислый газ может выходить из горных пород и попадать на поверхность. На Земле тот же процесс происходит с водой в зонах разломов. Этот процесс увеличивается в зависимости от количества тепловыделяющих элементов, что позволяет обеспечивать умеренный климат.
Согласно модели исследователей, присутствие и количество тепловыделяющих элементов - это лучшие индикаторы потенциала планеты для поддержания жизни.
Это исследование может значительно расширить диапазон планет, которые ученые считают потенциально пригодными для жизни.