09.10 板塊構造不是外星生命所必需的嗎?

板塊構造不是外星生命所必需的嗎?

新的研究表明,板塊構造可能並不是生命進化的必要條件,這增加了更多的系外行星支持某種生命的可能性。

開普勒-69c的想象圖,位於天鵝座中距離地球約2,700光年的可居住區域。新的研究表明,這樣的岩石世界,即使沒有板塊構造,也能維持生命。

長期以來,板塊構造一直被認為是地球上生命發展所必需的,部分原因是火山更容易向大氣中釋放必要的氣體。但現在,新的研究表明,情況可能並非如此,這也意味著,沒有板塊構造的行星也有更大的機會容納生命。這一新發現來自賓州州立大學的地球科學家,並已發表在同行評議的“天體生物學”雜誌上。

據地球科學助理教授布拉德福德·弗利(Bradford Foley)所說:“火山作用將氣體釋放到大氣中,然後通過風化,二氧化碳從大氣中被吸收並被隔離到表層岩石和沉積物中。平衡這兩個過程可以將大氣中的二氧化碳保持在一定水平,這對於氣候是否保持溫和並適合生命非常重要。”

板塊構造不是外星生命所必需的嗎?

重要的是,地球上的大多數火山位於構造板塊的邊緣,俯衝作用通過將碳推入地幔,有助於碳的循環過程。這對於生命能夠在地球上進化和繁衍是必不可少的,因此科學家們假設,構造板塊也是生命在其他星球上發展的必要條件。

到目前為止,地球是已知的唯一有板塊構造的行星,地殼被分成幾塊板塊漂浮在地幔上方,儘管現在有一些證據表明木星的衛星木衛二也有同樣的情況。當一個行星沒有板塊構造時,在那裡地殼是一個巨大的、未破碎的球狀板塊。

弗利和他的同事們想要研究板塊構造是否真的像想象的那樣必要,因此他們創建了一個行星生命週期的計算機模型。他們想知道行星形成後能保留多少熱量預算,或者行星形成時存在的熱量和產生熱量的元素的數量。當時的想法是,對於沒有板塊構造行星的氣候來說,就會有更少的熱量,這意味著火山活動和液態水的減少。

板塊構造不是外星生命所必需的嗎?

研究小組進行了數百次計算機模擬,有不同大小和不同化學成分的行星,發現即使是這樣的行星也能保留足夠的熱量供液態水使用數十億年。它們甚至可以維持大約40億年的生命,與目前地球的“壽命”相似。火山活動仍有可能發生,儘管它的壽命比有構造板塊的行星要短。

地球科學助理教授安德魯·斯邁伊(Andrew Smye)所解釋的那樣:“在沒有板塊構造行星上仍然有火山活動,但它的壽命比有板塊構造的行星要短得多,因為沒有那麼多的循環。火山形成了一連串的熔岩流,隨著時間的推移,這些熔岩流就像一塊蛋糕一樣被埋在地下。岩石和沉積物埋得越深,溫度越高。”

對於沒有板塊構造的岩石行星來說,這是個好消息:它們仍然有能力維持生命。在地球上,二氧化碳通過俯衝斷層帶進入地表,但是在沒有板塊構造的行星上,伴隨著足夠的熱量和壓力,它仍然可以通過排氣過程中的岩石逃逸。

正如弗利所指出的:“一個行星釋放出足夠多的二氧化碳來防止行星結冰的最佳範圍,但並不是說天氣作用不能將二氧化碳從大氣中拉出來並保持氣候溫和。”

板塊構造不是外星生命所必需的嗎?

木衛二歐羅巴裂開的、結冰的表面。現在被認為可能有類似地球的板塊構造。

這些結果強調了行星的組成將如何影響其潛在的可居住性。在一個具有板塊構造的行星上,生命可能仍然更容易發展,但缺乏板塊構造的行星,考慮到諸如可用水、穩定的氣候、化學營養等因素,仍然有很好的機會開始生命。

這項研究的一個有趣之處在於,行星的初始組成或大小對確定宜居軌道很重要。一顆行星的未來命運是從它誕生之日起就確定的。


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