De meeste wetenschappers voorspellen dat over een miljard jaar de steeds toenemende straling van de zon de aarde voorbij de bewoonbaarheid zal hebben verschroeid. Een groep onderzoekers van Caltech heeft een mechanisme bestudeerd dat ervoor zou zorgen dat elke planeet met levende organismen langer bewoonbaar blijft dan oorspronkelijk werd gedacht, waardoor de levensduur misschien zou worden verdubbeld. Dit klinkt als goed nieuws voor toekomstige bewoners van de aarde, maar dit mechanisme kan ook de kans vergroten dat het leven elders in het heelal de tijd heeft om door te stromen naar hogere niveaus.
De onderzoekers zeggen dat atmosferische druk een natuurlijke klimaatregelaar is voor een terrestrische planeet met een biosfeer. Momenteel en in het verleden heeft de aarde haar oppervlaktetemperaturen gehandhaafd door het broeikaseffect. Er waren 1 miljard jaar geleden grotere hoeveelheden CO2 en andere broeikasgassen in de atmosfeer, wat een goede zaak was. Anders was de aarde misschien een bevroren ijsblokje geweest. Maar naarmate de helderheid en warmte van de zon toenam naarmate ze ouder werd, heeft de aarde het natuurlijk opgevangen door de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer te verminderen, waardoor het opwarmingseffect werd verminderd en het oppervlak van de planeet comfortabel bewoonbaar werd.
In tegenstelling tot wat de meeste wetenschappers beweren, zegt Caltech-professor Joseph L. Kirschvink dat de aarde mogelijk het punt nadert waarop er niet genoeg kooldioxide meer is om de temperaturen volgens dezelfde procedure te reguleren. Maar om niet te vrezen, er is nog een ander mechanisme aan de gang dat mogelijk nog beter werkt om de temperaturen op aarde te regelen, waardoor onze thuisplaneet nog langer comfortabel blijft dan iemand ooit had voorspeld.
In hun paper laten Kirschvink en zijn medewerkers Caltech-professor Yuk L. Yung en afgestudeerde studenten King-Fai Li en Kaveh Pahlevan zien dat atmosferische druk een factor is die de mondiale temperatuur aanpast door de infraroodabsorptielijnen van broeikasgassen te verbreden. Hun model suggereert dat door simpelweg de atmosferische druk te verminderen, de levensduur van een biosfeer met ten minste 2,3 miljard jaar in de toekomst kan worden verlengd, meer dan een verdubbeling van eerdere schattingen.
De onderzoekers gebruiken een 'deken'-analogie om het mechanisme uit te leggen. Voor broeikasgassen zou kooldioxide worden weergegeven door de katoenvezels waaruit de deken bestaat. "Het katoenweefsel kan gaten hebben waardoor warmte kan weglekken", legt Li, de hoofdauteur van het artikel, uit.
'De grootte van de gaten wordt geregeld door druk', zegt Yung. 'Knijp in de deken', door de atmosferische druk te verhogen, 'en de gaten worden kleiner, zodat er minder warmte kan ontsnappen. Met minder druk worden de gaten groter en kan er meer warmte ontsnappen ”, zegt hij, terwijl hij de planeet helpt de extra warmte af te voeren die wordt gegenereerd door een meer stralende zon.
De oplossing is om de totale druk van de atmosfeer zelf aanzienlijk te verminderen door enorme hoeveelheden moleculaire stikstof te verwijderen, het grotendeels niet-reactieve gas dat ongeveer 78 procent van de atmosfeer uitmaakt. Dit zou de oppervlaktetemperaturen reguleren en ervoor zorgen dat kooldioxide in de atmosfeer blijft, om het leven te ondersteunen.
Dit hoeft niet synthetisch te gebeuren - het lijkt normaal te gebeuren. De biosfeer zelf haalt stikstof uit de lucht, omdat stikstof wordt opgenomen in de cellen van organismen terwijl ze groeien, en wordt ermee begraven wanneer ze sterven.
Sterker nog: 'deze reductie van stikstof is mogelijk al aan de gang', zegt Pahlevan, en dat is gebeurd in de loop van de geschiedenis van de aarde. Dit suggereert dat de atmosferische druk van de aarde nu mogelijk lager is dan eerder in de geschiedenis van de planeet.
Het bewijs van deze hypothese kan afkomstig zijn van andere onderzoeksgroepen die de gasbellen onderzoeken die in oude lava's zijn gevormd om de atmosferische druk in het verleden te bepalen: de maximale grootte van een vormende bel wordt beperkt door de hoeveelheid atmosferische druk, waarbij hogere drukken kleinere bellen produceren, en vice versa.
Als dat waar is, zou het mechanisme mogelijk ook voorkomen op elke buitenzoolplaneet met een atmosfeer en een biosfeer.
"Hopelijk zullen we in de toekomst niet alleen aardachtige planeten rond andere sterren detecteren, maar ook iets leren over hun atmosfeer en de omgevingsdruk", zegt Pahlevan. "En als blijkt dat oudere planeten de neiging hebben om een dunnere atmosfeer te hebben, zou dat een indicatie zijn dat dit proces een zekere universaliteit heeft."
De onderzoekers hopen dat atmosferen van exoplaneten kunnen worden bestudeerd om te zien of dit op andere werelden gebeurt.
En als de bewoonbaarheid langer zou kunnen zijn op onze eigen planeet, zou dit gevolgen kunnen hebben voor het vinden van intelligent leven elders in het heelal.
"Het duurde niet lang om leven op aarde te produceren, maar het duurt erg lang om een geavanceerd leven te ontwikkelen", zegt Yung. Op aarde duurde dit proces vier miljard jaar. “Als we nog een miljard jaar extra toevoegen, hebben we meer tijd om ons te ontwikkelen en meer tijd om geavanceerde beschavingen tegen te komen, wier eigen bestaan door dit mechanisme zou kunnen worden verlengd. Het geeft ons de kans om elkaar te ontmoeten. '
Bronnen: papier, atmosferische druk als natuurlijke klimaatregelaar voor een terrestrische planeet met een biosfeer, Caltech
