Даже если бы жизнь на Земле никогда не возникла, наша планета всё равно могла бы миллиарды лет сохранять океаны и подходящую для жизни температуру. К такому неожиданному выводу пришли учёные, которые создали компьютерную модель полностью безжизненной Земли и проследили её развитие на протяжении миллиардов лет.
Исследователи решили проверить, насколько сильно живые организмы повлияли на формирование современного облика планеты. Ведь сегодня жизнь участвует во множестве природных процессов, включая круговорот химических веществ и регулирование состава атмосферы. Но действительно ли без этого влияния Земля постепенно превратилась бы в непригодный для жизни мир?
Чтобы ответить на вопрос, команда Вашингтонского университета построила модель Земли, на которой никогда не существовало живых организмов. При этом в ней сохранили основные физические компоненты настоящей планеты: ядро, мантию, земную кору, атмосферу и океаны. Модель также учитывала поступление солнечной энергии и обмен химическими веществами между различными частями планеты.
Всего учёные отслеживали 19 ключевых характеристик, включая температуру поверхности, химический состав океанов и потоки тепла из недр. Затем они смоделировали развитие такой Земли на протяжении пяти миллиардов лет — с момента её формирования до периода примерно на 500 миллионов лет дальше нашего времени.
Результат оказался неожиданным. Несмотря на полное отсутствие жизни, виртуальная Земля сохранила многие черты современной планеты. В частности, на её поверхности оставалось сопоставимое количество воды, а температура на протяжении миллиардов лет находилась в пределах, допускающих существование жидкой воды.
Главным отличием оказалась атмосфера. На безжизненной Земле не сформировалось бы современное изобилие кислорода, поскольку некому было бы производить его в процессе фотосинтеза. Для большинства сложных организмов такая атмосфера стала бы серьёзным препятствием. Однако с точки зрения астрономии планета всё равно могла бы считаться потенциально пригодной для жизни: главным критерием здесь выступает возможность существования жидкой воды на поверхности.
Но каким образом безжизненная планета смогла бы поддерживать относительно стабильный климат?
Согласно модели, важнейшую роль играл бы естественный геохимический механизм, известный как карбонатно-силикатный цикл. Его работа связана с выветриванием силикатных пород, вулканической активностью и химическими процессами в океанах.
Вулканы выделяют углекислый газ, который влияет на температуру планеты. Одновременно выветривание горных пород способствует удалению этого газа из атмосферы. Взаимодействие таких процессов создаёт своеобразный механизм саморегуляции, позволяющий сдерживать изменения климата.
Расчёты показали, что этот механизм мог поддерживать пригодные для жидкой воды температуры на протяжении как минимум 4,5 миллиарда лет. Причём за этот период светимость Солнца увеличилась примерно на 30%, но геохимические процессы продолжали удерживать климат в допустимых пределах.
Полученные результаты имеют значение для давней научной дискуссии вокруг гипотезы Геи. Согласно этой идее, живые организмы взаимодействуют с окружающей средой таким образом, что помогают поддерживать благоприятные условия на планете.
Новое исследование не опровергает эту гипотезу. Авторы признают, что жизнь действительно может способствовать климатической стабильности Земли. Однако моделирование показывает, что для длительного сохранения пригодных условий её присутствие не обязательно: некоторые механизмы регулирования климата способны работать самостоятельно.
При этом учёные подчёркивают, что их модель содержит упрощения. В частности, результаты зависят от принятых допущений о движении литосферных плит, химическом составе атмосферы и других процессах, влияющих на климат. Поэтому расчёты нельзя считать точным описанием того, как развивалась бы настоящая Земля без жизни.
У исследования есть и ещё одно важное применение — поиск жизни на других планетах. Астрономы изучают состав атмосфер далёких миров, пытаясь определить, существуют ли там условия для живых организмов и признаки их присутствия.
Однако новая модель показывает, что планета без единого живого существа может по многим физическим и климатическим характеристикам напоминать обитаемую Землю. Это означает, что наличие благоприятных условий само по себе ещё ничего не говорит о существовании жизни.
Разработанная учёными модель поможет лучше различать действительно обитаемые планеты и миры, которые лишь кажутся похожими на них. А главный вывод исследования заключается в том, что пригодность планеты для жизни и само существование жизни могут быть гораздо менее тесно связаны, чем предполагалось ранее.
Результаты работы опубликованы в научном журнале The Planetary Science Journal.
