Όταν αναζητούν δυνητικά κατοικημένους πλανήτες ηλιακής ενέργειας, οι επιστήμονες περιορίζονται κάπως από το γεγονός ότι γνωρίζουμε μόνο έναν πλανήτη όπου υπάρχει ζωή (δηλ. Γη). Για το λόγο αυτό, οι επιστήμονες αναζητούν πλανήτες που είναι χερσαίοι (δηλαδή βραχώδεις), βρίσκονται σε τροχιά εντός των κατοικήσιμων ζωνών του αστεριού τους και δείχνουν σημάδια βιογραφίας όπως το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα - το οποίο είναι απαραίτητο για τη ζωή όπως το γνωρίζουμε.
Αυτό το αέριο, το οποίο είναι το μεγαλύτερο μέρος της ηφαιστειακής δραστηριότητας εδώ στη Γη, αυξάνει την επιφανειακή θερμότητα μέσω του φαινομένου του θερμοκηπίου και κύκλους μεταξύ της υποεπιφάνειας και της ατμόσφαιρας μέσω φυσικών διεργασιών. Για το λόγο αυτό, οι επιστήμονες πίστευαν εδώ και πολύ καιρό ότι η τεκτονική των πλακών είναι απαραίτητη για την κατοικησιμότητα. Ωστόσο, σύμφωνα με μια νέα μελέτη μιας ομάδας από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας, αυτό μπορεί να μην ισχύει.
Η μελέτη, με τίτλο «Carbon Cycling and Habitability of Earth-Sized Stagnant Lid Planets», δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Αστροβιολογία. Η μελέτη διεξήχθη από τους Bradford J. Foley και Andrew J. Smye, δύο βοηθούς καθηγητές από το τμήμα γεωεπιστημών στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας.
Στη Γη, ο ηφαιστειακός είναι το αποτέλεσμα της τεκτονικής των πλακών και συμβαίνει όταν συγκρούονται δύο πλάκες. Αυτό προκαλεί υποαγωγή, όπου η μία πλάκα ωθείται κάτω από την άλλη και βαθύτερα στην κάτω επιφάνεια. Αυτή η αφαίρεση αλλάζει τον πυκνό μανδύα σε πλευστό μάγμα, το οποίο ανεβαίνει μέσω του φλοιού στην επιφάνεια της Γης και δημιουργεί ηφαίστεια. Αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να βοηθήσει στην ανακύκλωση άνθρακα πιέζοντας άνθρακα στον μανδύα.
Η τεκτονική των πλακών και ο ηφαιστειακός πιστεύεται ότι ήταν κεντρικοί στην εμφάνιση της ζωής εδώ στη Γη, καθώς εξασφάλισε ότι ο πλανήτης μας είχε αρκετή θερμότητα για να διατηρήσει υγρό νερό στην επιφάνειά του. Για να δοκιμάσουν αυτή τη θεωρία, οι καθηγητές Foley και Smye δημιούργησαν μοντέλα για να καθορίσουν πόσο κατοικήσιμος θα ήταν ένας πλανήτης σαν τη Γη χωρίς την παρουσία τεκτονικών πλακών.
Αυτά τα μοντέλα έλαβαν υπόψη τη θερμική εξέλιξη, την παραγωγή φλοιού και το CO2 ποδηλασία για να περιορίσει τη βιωσιμότητα πλανητών, στάσιμων πλανητών καπακιού μεγέθους Γης. Πρόκειται για πλανήτες όπου ο φλοιός αποτελείται από μια ενιαία, γιγαντιαία σφαιρική πλάκα που επιπλέει στο μανδύα και όχι σε ξεχωριστά κομμάτια. Τέτοιοι πλανήτες πιστεύεται ότι είναι πολύ πιο συνηθισμένοι από τους πλανήτες που αντιμετωπίζουν τεκτονικές πλάκες, καθώς κανένας πλανήτης πέρα από τη Γη δεν έχει επιβεβαιωθεί ότι έχει τεκτονικές πλάκες ακόμη. Όπως εξήγησε ο καθηγητής Foley σε ένα δελτίο τύπου του Penn State News:
«Ο ηφαιστειακός οργανισμός απελευθερώνει αέρια στην ατμόσφαιρα και στη συνέχεια μέσω των καιρικών συνθηκών, το διοξείδιο του άνθρακα τραβιέται από την ατμόσφαιρα και στερεώνεται σε επιφανειακούς βράχους και ιζήματα. Η εξισορρόπηση αυτών των δύο διεργασιών διατηρεί το διοξείδιο του άνθρακα σε ένα ορισμένο επίπεδο στην ατμόσφαιρα, το οποίο είναι πραγματικά σημαντικό για το εάν το κλίμα παραμένει εύκρατο και κατάλληλο για ζωή. "
Ουσιαστικά, τα μοντέλα τους έλαβαν υπόψη το πόσο θερμότητα θα μπορούσε να διατηρήσει το κλίμα του πλανήτη με στάσιμο καπάκι με βάση την ποσότητα θερμότητας και θερμικών στοιχείων που υπήρχαν όταν σχηματίστηκε ο πλανήτης (γνωστός και ως αρχικός προϋπολογισμός θερμότητας). Στη Γη, αυτά τα στοιχεία περιλαμβάνουν το ουράνιο που παράγει θόριο και θερμότητα όταν αποσυντίθεται, το οποίο στη συνέχεια αποσυντίθεται για την παραγωγή καλίου και θερμότητας.
Μετά την εκτέλεση εκατοντάδων προσομοιώσεων, οι οποίες διέφεραν το μέγεθος και τη χημική σύνθεση του πλανήτη, διαπίστωσαν ότι οι στάσιμοι πλανήτες καπακιού θα μπορούσαν να διατηρήσουν αρκετά θερμές θερμοκρασίες ώστε να υπάρχει υγρό νερό στις επιφάνειές τους για δισεκατομμύρια χρόνια. Σε ακραίες περιπτώσεις, θα μπορούσαν να διατηρήσουν θερμοκρασίες που υποστηρίζουν τη ζωή για έως και 4 δισεκατομμύρια χρόνια, που είναι σχεδόν η ηλικία της Γης.
Όπως ανέφερε ο Smye, αυτό οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι οι τεκτονικές πλάκες δεν είναι πάντα απαραίτητες για την ηφαιστειακή δραστηριότητα:
«Εξακολουθείτε να έχετε ηφαιστειακό ρυθμό σε στάσιμους πλανήτες με καπάκι, αλλά είναι πολύ μικρότερος από ό, τι σε πλανήτες με τεκτονική πλάκας, επειδή δεν υπάρχει τόσο πολύ ποδηλασία. Τα ηφαίστεια οδηγούν σε μια διαδοχή ροών λάβας, οι οποίες θάβονται σαν στρώματα κέικ με την πάροδο του χρόνου. Οι βράχοι και τα ιζήματα θερμαίνονται όσο βαθύτερα είναι θαμμένοι. "
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι χωρίς τεκτονική πλάκας, οι πλανήτες με στάσιμο καπάκι θα μπορούσαν να έχουν αρκετή θερμότητα και πίεση για να βιώσουν απαέρωση, όπου το αέριο διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να διαφύγει από τους βράχους και να φτάσει στην επιφάνεια. Στη Γη, είπε ο Smye, η ίδια διαδικασία συμβαίνει με το νερό σε ζώνες βλάβης αφαίρεσης. Αυτή η διαδικασία αυξάνεται με βάση την ποσότητα των στοιχείων παραγωγής θερμότητας που υπάρχουν στον πλανήτη. Όπως εξήγησε ο Foley:
"Υπάρχει μια περιοχή γλυκών σημείων όπου ένας πλανήτης απελευθερώνει αρκετό διοξείδιο του άνθρακα για να εμποδίσει τον πλανήτη να παγώσει, αλλά όχι τόσο πολύ που ο καιρός δεν μπορεί να τραβήξει το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και να διατηρήσει το κλίμα εύκρατο."
Σύμφωνα με το μοντέλο των ερευνητών, η παρουσία και η ποσότητα των στοιχείων παραγωγής θερμότητας ήταν πολύ καλύτεροι δείκτες για τη δυνατότητα ενός πλανήτη να διατηρήσει τη ζωή. Με βάση τις προσομοιώσεις τους, διαπίστωσαν ότι η αρχική σύνθεση ή το μέγεθος ενός πλανήτη είναι πολύ σημαντικό για να προσδιοριστεί εάν θα γίνει κατοικήσιμος ή όχι. Ή, όπως το έθεσαν, η πιθανότητα κατοίκησης ενός πλανήτη καθορίζεται κατά τη γέννηση.
Αποδεικνύοντας ότι οι στάσιμοι πλανήτες με καπάκι θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τη ζωή, αυτή η μελέτη έχει τη δυνατότητα να επεκτείνει σε μεγάλο βαθμό το εύρος αυτών που οι επιστήμονες θεωρούν δυνητικά κατοικήσιμο. Όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) αναπτύσσεται το 2021, εξετάζει την ατμόσφαιρα των πλανητών πλακιδίων με καπάκι για να προσδιορίσει την παρουσία βιογραφιών (όπως CO2) θα είναι ένας σημαντικός επιστημονικός στόχος.
Γνωρίζοντας ότι περισσότεροι από αυτούς τους κόσμους θα μπορούσαν να διατηρήσουν τη ζωή είναι σίγουρα καλά νέα για εκείνους που ελπίζουν ότι θα βρούμε αποδείξεις για εξωγήινη ζωή στη ζωή μας.
