Вчені з Університету Тохо та Джорджійського технологічного інституту дійшли тривожного висновку: багата на кисень атмосфера Землі збережеться значно менший термін, ніж вважалося раніше. Згідно з дослідженням, опублікованим у науковому журналі Nature Geoscience, катастрофічна деоксигенація планети відбудеться на мільярд років раніше, ніж передбачали попередні моделі. Це означає, що ера аеробного життя на Землі може завершитися значно раніше, ніж очікували геологи та астрохіміки.

Як будувалася цифрова модель Землі

Для оцінки еволюції земної атмосенти доцент Університету Тохо Кадзумі Озака разом із Крістофером Райнгардом із Джорджійського технологічного інституту розробили детальну цифрову модель планети, що враховує кліматичні та біохімічні процеси. Команда провела понад 400 000 симуляцій, щоразу варіюючи вхідні параметри — від швидкості обертання Землі до інтенсивності вулканічної активності та продуктивності фотосинтезуючих організмів. Такий масштаб обчислень дозволив дослідникам побудувати ймовірнісний образ зміни атмосенти в масштабі мільярдів років, а не покладатися на одиничні сценарії.

Що станеться з атмосферою після деоксигенації

Моделювання показало, що після переломного моменту — катастрофічної деоксигенації — склад повітря зміниться принципово. У атмосфері стрімко зросте рівень метану, вміст вуглекислого газу впаде до критичного мінімуму, а озоновий шар буде повністю зруйнований. У таких умовах складні багатоклітинні організми, рослини та тварини не зможуть вижити. Земля знову перетвориться на світ, де пануватимуть виключно анаеробні мікроорганізми, що не потребують молекулярного кисню для життєдіяльності. По суті, планета повернеться в стан, подібний до того, що домінував до Великого окислювального події близько 2,4 мільярда років тому.

Киснева ера — лише невелика частина історії планети

Один із ключових висновків дослідження полягає в тому, що киснева ера становить лише 20–30 відсотків від загальної історії Землі. З урахуванням того, що планеті близько 4,5 мільярда років, це означає, що період, в якому атмосфера містила значну кількість вільного кисню, триває лише порядку 900 мільйонів – 1,35 мільярда років. Саме цей стислий часовий інтервал і визначає вікно, в якому на Землі можливе складне аеробне життя. Вчені наголошують, що новий розклад зміщує момент втрати кисню на мільярд років раніше порівняно з попередніми оцінками, звужуючи й без того обмежене «вікно аеробності».

Чому це важливо для пошуку життя у Всесвіті

Результати дослідження мають безпосереднє практичне значення для астрономів, що шукають біосигнатури — хімічні сліди життя — на екзопланетах. Якщо киснева фаза займає лише невелику частину життя планети, то випадкова зустріч з екзопланетою саме в цей період надзвичайно малоймовірна. Інопланетним цивілізаціям, якщо вони існують, було б важко застати Землю в той вузький момент, коли на ній є кисень. Дослідники тому рекомендують змістити фокус пошуку: людству слід цілеспрямовано шукати біосигнатури, характерні для планет з бескисневою атмосферою, — наприклад, підвищені концентрації метану, сірководню або інших продуктів анаеробного метаболізму. Це, на думку авторів, суттєво підвищує шанси на виявлення життя у Всесвіті.