Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"

Всё об экологии ищите здесь:

   
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная О НАС / ABOUT US Статьи Случайность - основа не только выживания, но и существования жизни на Земле

Случайность - основа не только выживания, но и существования жизни на Земле

Климат Земли оставался постоянно обитаемым на протяжении 3–4 миллиардов лет. Это представляет собой загадку ( «проблема обитаемости»), поскольку потеря пригодности для жизни была более вероятной. За это время яркость Солнца увеличилась на 30%, что, если бы не противодействие, привело бы к бесплодию. Кроме того, климат Земли ненадежно сбалансирован, потенциально способный ухудшиться до глубоко замороженных условий всего за 1 миллион лет. Здесь я представляю результаты нового моделирования, в котором тысячам планет были присвоены случайно сгенерированные климатические обратные связи. Каждая планетная установка была проверена, чтобы увидеть, оставалась ли она пригодной для жизни в течение 3 миллиардов лет. Традиционная точка зрения приписывает расширенную обитаемость Земли исключительно стабилизирующим механизмам. Показанные здесь результаты моделирования показывают, что шанс также играет роль в результатах обитаемости. Следовательно, длительная обитаемость Земли была скорее случайным, чем неизбежным результатом.

Введение

Эволюция разумной жизни на планете требует не только того, чтобы планетарные условия благоприятствовали жизни с самого начала, когда она впервые развивается, но также чтобы планета оставалась пригодной для жизни впоследствии, без перерыва. Это связано с тем, что должно быть достаточно времени, чтобы позволить жизни усложняться от простых клеток до более сложных одиночных клеток, многоклеточной жизни и, в конечном итоге, до разумной жизни. На Земле это развитие заняло что-то  вроде 3 или 4 через 1, 2, 3, и все это время жидкая вода, по-видимому, присутствовала где-то  на поверхности Земли 4, что означает температуру между ее точками замерзания и кипения.

Условия оставались пригодными для жизни, и на первый взгляд это не может показаться удивительным. Однако накопленные наблюдения и выводы показывают, что такая большая продолжительность обитаемости на самом деле является загадочным явлением, требующим объяснения. Принципы, управляющие внутренней динамикой и временной эволюцией звезд, были разработаны в 1950-х годах 5, 6 — при применении к Солнцу они показали, что солнечный нагрев сегодняшней Земли примерно на 30% сильнее, чем у ранней Земли 5. Саган и Маллен 7понял, что, если бы все остальное оставалось постоянным, ранняя Земля была бы полностью заморожена под более тусклым ранним Солнцем. Или, наоборот, учитывая, что ранняя Земля не была заморожена, если бы остальная часть климатической системы осталась неизменной, то океаны теперь кипели бы под сегодняшним более ярким Солнцем. Очевидно, ни того, ни другого не произошло по причинам, которые все еще обсуждаются 8, 9, 10, 11, 12 ; хотя правдоподобные решения существуют, в частности, при объединении нескольких процессов 13, пока нет твердого консенсуса относительно того, как в действительности был преодолен «парадокс слабого молодого солнца» 14.

Зонды, отправленные на сушу к соседям Земли в 1970-х годах, предоставили больше доказательств того, что термическая обитаемость Земли требует объяснения. Венера с его сильной оранжереей и ближе к Солнцу оказалась слишком горячей (средняя температура поверхности> 460 ° C 15), а Марс с его тонкой атмосферой и дальше от Солнца — слишком холодным (в среднем <−50 ° C). 16). Более того, последующие наблюдения указывают на то, что Марс когда-то  был достаточно теплым, чтобы на его поверхности была жидкая вода 17, 18 ; Если это верно, то история Марса показывает, что планета может потерять пригодность для жизни — однажды полученная планета не гарантированно сохранится.

То, что пригодность для жизни может быть ненадежной, также подчеркивалось в 1990-х годах теоретическими расчетами 19, показывающими значительный потенциал Земли в отношении изменчивости климата. Было указано, что устойчивый дисбаланс в 25% между темпами поступления и выхода углерода приведет к замерзанию океанов в течение нескольких миллионов лет (если потери CO 2 в атмосфере превысят увеличение) или к выкипанию в течение нескольких десятков миллионов лет. лет (если прибыль превышает убыток). Причиной этой прогнозируемой подверженности быстрому ухудшению климата является короткое время пребывания по отношению к геологическим потокам углерода в поверхностной системе Земли (океан, атмосфера, почвы и биота) — около 100 тыс. Лет 19.

После осознания того, что ни Марс, ни Венера в настоящее время не имеют температуры, благоприятной для жизни, и что парниковый эффект углекислого газа на Земле потенциально нестабилен, были предложены два основных класса решений, чтобы попытаться решить «проблему обитаемости» 20 для Земли. К первому классу относятся стабилизирующие механизмы. Утверждалось 19, 21что продолжительность постоянной обитаемости (от 3 до 4 By) настолько превышает потенциальное время до сбоя климата (от ~ 0,001 до 0,01 By), что дестабилизирующим тенденциям, должно быть, активно противодействовали сильные отрицательные обратные связи на всем протяжении. Земля должна обладать встроенным термостатом, и она была им с самого начала своей истории. В противном случае климат последовал бы за случайным блужданием, утверждали они, с невероятно малой вероятностью остаться в пригодных для жизни пределах.

Одно из предложений в этом классе, гипотеза Гайи 22, предполагает, что как только на планете устанавливается жизнь, она вмешивается в регулирование климата, чтобы поддерживать условия стабильными и пригодными для жизни. Однако гипотеза Гайи не имеет четкой механистической основы и не согласуется с самыми последними научными данными 23. Другое предложение в этом классе предполагает, что силикатное выветривание способствует термостату за счет более быстрого удаления углекислого газа в более теплом климате 12, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30. Однако контроль над скоростью выветривания силикатов в континентальной части континента остается в некоторой степени неопределенным, поскольку полевые исследования показывают сильное влияние скорости поступления вновь обнаженных (легко выветриваемых) пород 31, 32, а также климата 28. Свидетельства косвенно также ставят под сомнение то, что силикатное выветривание эффективно противодействовало климатическим изменениям на протяжении истории Земли 33, 34 ; например, его скорость, по-видимому, не снизилась, поскольку климат постепенно охладился на протяжении кайнозоя 33, 35, и восстановление климата после интенсивного потепления палеоценового термального максимума эоцена было приписано захоронению органического углерода, а не силикатному выветриванию 36, 37. Поскольку возникли вопросы о том, обеспечивает ли силикатное выветривание на континентах термостат Земли, новые предложения предполагают, что силикатное выветривание в других местах является ключевым: на островах 27 или на морском дне 12, 29.

Также был предложен второй, совсем другой класс решений, основанный на принципе отбора наблюдателя (слабый антропный принцип) 38. По логике вещей, мы можем наблюдать только те факты, которые соответствуют нашему собственному существованию. Это было распространено на сценарий, в котором продолжительная продолжительность планетарной обитаемости происходит крайне редко среди большого населения планет, но иногда случается случайно. Согласно отобранным наблюдателям, в этом сценарии мы обязательно окажемся на одной из счастливых планет 39, 40., какими бы редкими они ни были. Эта точка зрения предполагает наличие большого количества потенциально пригодных для жизни планет, если существует хоть какая-то вероятность того, что хотя бы одна планета выживет только благодаря удаче. Однако недостатка в планетах нет. В одной только нашей Галактике миллиарды маленьких каменистых планет вращаются вокруг обитаемых зон своих родительских звезд 41, 42.

В настоящее время наиболее широко распространено мнение, что «Земля была обитаемой планетой в течение [миллиардов] лет из-за существования стабилизирующих обратных связей в глобальных циклах углерода и кремния». 12. Хотя есть несколько исключений 23, 39, 40, возможная роль случая обычно даже не упоминается 12, 30, 43, 44, 45. Здесь я описываю новую модель обитаемости и сообщаю о ее результатах. Результаты убедительно свидетельствуют о том, что случай тоже сыграл роль.

Полученные результаты

Подход

Используемая здесь модель (подробности см. В разделе «Методы») представляет собой концептуальное (простейшее) представление планетарного регулирования климата. Он включает основы, необходимые для моделирования обратных связей климата и тенденций обитаемости, и целенаправленно исключает любые другие детали, которые считаются несущественными, даже те, которые могут быть точно включены. В отличие от предыдущих модельных исследований пригодности Земли, он позволяет оценивать эффекты выбора наблюдателя с точки зрения нескольких планет. По этой причине данная модель никоим образом не является моделью конкретно Земли, а скорее представляет собой потенциально обитаемые планеты в целом. Из-за сложности прямого наблюдения за экзопланетами существует нехватка данных и, как следствие, высокая степень неуверенности в том, как моделировать некоторые аспекты. Однако анализ чувствительности

Модель подробно описана в разделе «Методы», но здесь дается краткое описание. Модель имеет только одну переменную состояния — температуру поверхности планеты (T). Другие условия окружающей среды не моделируются, поэтому обитаемость в данной статье относится только к термической обитаемости. Вначале каждой планете назначается отдельный набор положительных и отрицательных обратных связей с использованием случайных чисел. Эти обратные связи имеют случайные знаки и величины и изменяются случайным образом в зависимости от температуры.

В дополнение к использованию случайных чисел для генерации разнообразного набора планет, каждая из которых имеет разные обратные связи, случайные числа также используются для определения проблем с обитаемостью. Планеты созданы для того, чтобы испытывать случайное количество возмущений температуры, происходящих в случайное время и со случайными знаками и величинами. Кроме того, каждая планета испытывает случайно определенное долгосрочное воздействие климата, представляющее движущие силы, которые меняются со временем, такие как светимость родительской звезды.

Пример бега на планете

Теперь показано, как эти процедуры моделирования работают на практике. Для иллюстрации используемых процедур были выбраны четыре примера. В левой части рис. 1 показаны четыре примера планет, автоматически сгенерированных по этой схеме. В правой части рис. 1 показан индивидуальный прогон для каждой из этих планет, начиная со случайной начальной температуры и сталкиваясь со случайным набором возмущений.

Рис. 1: Начальные климатические обратные связи (слева) и температурные истории (справа) отдельных прогонов нескольких случайно сгенерированных планет.

Каждая строка рисунка — это отдельная планета. На графиках слева (панели a, c, e и g): черные кружки — это узлы, а толстая черная линия — это f (T) (см. Объяснение в разделе «Методы»); светло-серая заливка указывает на область неуправляемого потепления или неуправляемого охлаждения; красные кружки показывают начальное положение аттракторов; красные пунктирные линии разграничивают связанные бассейны притяжения. На графиках справа (панели b, d, f и h): синяя линия показывает эволюцию планетарной температуры; черная штриховка показывает пределы обитаемости; красные кружки показывают положение аттракторов; зеленые квадраты — это случайно определенные начальные температуры для каждого прогона; красные треугольники указывают на самые большие возмущения, размер треугольника пропорционален величине возмущения. a и b — это, например, планета 1, c и d планета 2, e и f планета 3 и g и h планета 4. Обратите внимание на различный масштаб на оси времени на каждой правой панели.

На рис. показана планета, которая оказалась в единственном бассейне притяжения (зона отрицательной обратной связи) на более теплой стороне обитаемого диапазона. Аттрактор (значение, к которому система стремится сходиться) возникает там, где горизонтальная ось (dT / dt = 0) пересекается с отрицательным наклоном, или, другими словами, когда планета охлаждается при температурах немного выше значения аттрактора и нагревается до температура немного ниже. Аттрактор — это точка устойчивого равновесия. Точки пересечения нуля с положительным наклоном — это, наоборот, точки неустойчивого равновесия, которые возникают на краях бассейнов притяжения. На этой первой планете есть область стремительного похолодания, в которой температура неумолимо снижается, пока не станет слишком низкой для обитаемости. В прогоне, показанном на рис. , планета оказалась в этой зоне обратной связи и, следовательно, сразу стала непригодной для жизни.

Вторая планета (рис. ) оказалась с пятью аттракторами и небольшой зоной неуправляемого потепления. На этот раз случайная начальная температура была в пределах средней (третьей) области притяжения. Планета снова быстро рухнула (рис. 1d), на этот раз из-за того, что по совпадению все три более холодные точки притяжения расположены очень близко к нижним границам их соответствующих бассейнов притяжения. В результате случайные возмущения вскоре переместили систему из первой области притяжения в область слева от нее, и это повторялось до выхода из зоны обитания.

Третья планета (рис. ) имеет две области притяжения и началась в более теплой. Жилые условия поддерживались в течение более 500 млн лет (рис. 1f), с перепадами между двумя бассейнами притяжения, прежде чем возмущение подняло температуру выше верхнего предела. Сильное долговременное воздействие ( = -45,2 (° C ky -1) By -1) в любом случае предотвратило бы сохранение равных температур в течение 3 By. ϕ

Некоторые планеты могут оставаться обитаемыми в течение трех лет. Планета на рис. 1g имеет только одну область притяжения, охватывающую почти весь обитаемый диапазон. Длительное воздействие ( = −24,6 (° C ky −1) By −1) заставляло аттрактор медленно перемещаться дальше от верхнего предела. Несмотря на большое возмущение около 200 млн лет назад, планета оставалась пригодной для жизни в течение полных 3 млрд лет (рис. 1h). ϕ

Эти примеры показывают, как «проблема обитаемости», стабилизирующие механизмы и случайность включены в этот подход. Далее я представляю результаты, полученные с помощью этого подхода, и рассматриваю их значение.

Ни случай, ни механизм: результаты для искусственных планет

В качестве первого шага каждая конкретная планета была запущена 1000 раз, чтобы проверить две гипотезы, основанные на классах решений: (а) обитаемость планет — это только вопрос удачи, а свойства планеты не влияют на вероятность обитаемости (далее Гипотеза 1, или просто H1); и (б) планетарные характеристики, такие как наличие или отсутствие стабилизирующих обратных связей, либо гарантируют, либо исключают возможность обитания с самого начала, без влияния случайных событий, таких как столкновения с астероидами (Гипотеза 2 или просто H2). Для этих испытаний каждый повторный прогон каждый раз имел разные (случайные) начальную температуру и возмущения, не было долговременных воздействий ( = 0), а возмущения были на нижнем конце серьезности. ϕ

Планета с неблагоприятными обратными связями (вторая на рис. 1) каждый раз становилась непригодной для жизни, что соответствует H2. Специально созданная планета без обратной связи (dT / dt = 0 для всех T) также имела 0 успехов из 1000, что согласуется с H2 и утверждением 19 о том, что только чистая случайность (в форме случайного блуждания, вызванного случайными возмущениями). приводит к чрезвычайно малой вероятности остаться пригодным для жизни в течение столь длительного времени. Оптимальная планета (dT / dt = +300 ° C ky −1 для T < T mid, −300 ° C ky −1 для T > T mid) оставались обитаемыми во всех 1000 раз, что опять же соответствует H2.

Результаты для популяций случайно сгенерированных планет

Теперь сообщаются результаты гораздо большего моделирования. В нем оценивались тенденции обитаемости 100 000 планет. Планеты были созданы путем распределения случайных, а не специально разработанных климатических обратных связей с использованием процедуры, описанной в разделе «Методы». Каждая из 100 000 различных планет была запущена по 100 раз с разными факторами вероятности (разные случайные наборы возмущений и начальные температуры) для каждого из 100 повторов. Результаты показывают вероятностные отношения между уровнем успеха и присущими планетам характеристиками, которые согласуются с ожидаемым поведением (дополнительный рисунок 1).

Результаты были проанализированы, чтобы лучше понять роль судьбы и случая. На рисунке показаны результаты для подмножества из 200 планет: 15 из них остались обитаемыми в течение 1 или более прогонов, а остальные 185 не имели успеха. Самая успешная планета оставалась обитаемой на 60 из 100 повторов. Ни одна планета не достигла успеха во всех своих 100 повторах. Подобные результаты были получены в более крупном масштабе для всего моделирования (синяя линия, рис. 2b).). Из 100000 населения около 9% планет (8710) были успешными хотя бы один раз, но только 1 планета была успешной во всех 100 случаях. Показатели успешности отдельных планет не ограничивались 0% или 100%, а охватывали весь спектр. Некоторые планеты были успешными только 1 раз из 100, другие 2 раза и так далее. Моделирование позволяет увидеть все степени успеха планеты (рис. 2b). Можно увидеть, как было обнаружено в предыдущем исследовании 46, что стабилизация климата может иногда возникать из-за случайности — часть планет, сгенерированных процедурой случайной сборки, имела некоторую склонность к регулированию климата.

Рис. 2: Несходство между результатами моделирования и ожидаемыми картинами для H1 и H2.

Удачные темпы набора 200 планета, попавший в порядке успеха; b коэффициенты успеха всех планет, которые были успешными хотя бы один раз, отсортированные по порядку, из населения в 100 000 планет (неудачные планеты не показаны); c гистограмма продолжительности обитаемости. Показатели успешности в пунктах a и b были рассчитаны, если каждая планета прошла 100 раз и подсчитала, сколько раз она оставалась пригодной для жизни в течение 3 By. Продолжительность обитаемости в cвремя, пока температура не выйдет за пределы обитаемого диапазона. Синие линии и столбцы показывают результаты моделирования; красные линии и столбцы показывают ожидаемые результаты, если планетарные свойства полностью определяют результаты (нет влияния случая, например H2); черные линии и столбцы показывают ожидаемые результаты, если результаты вызваны исключительно случайностью (отсутствие влияния обратной связи планеты, например, H1). Зеленая пунктирная линия на b показывает спектр успешных попыток только тех планет, которые добились успеха в первом из своих 100 запусков. У H1 и H2 такая же пропорция (0,0145) успешных прогонов, что и при моделировании.

На рисунке 2 также показаны ожидаемые распределения для гипотетических случаев, в которых было точно такое же общее количество успехов в 10 миллионах прогонов, но в которых успехи были распределены либо полностью случайно (H1: черная линия и серая заливка). или только среди всегда успешных планет (H2: красная линия и штриховка). Частотное распределение продолжительности прогона при моделировании полностью отличается от H1 или H2 (рис. 2c). Кроме того, проходит тестирование 47 осуществляется на основе результатов моделирования, представленных планету планеты (первые 100, являющихся таковыми для планеты 1, второй 100 для планеты 2, и т.д.) окончательно отвергает случайный порядок (р « 0,001), снова исключив H1.

Что касается вопроса, рассматриваемого в этой статье, ответ по результатам моделирования однозначен: при моделировании распределение успехов планет сильно отличается от ожидаемого от H1 или H2 и является промежуточным между ними; в моделировании и механизм, и случайность играют роль в определении того, длится ли при каждом прохождении каждой планеты жизнеспособность до 3 By. Однако при рассмотрении вопроса о том, определяется ли устойчивость обитаемости таким же образом в реальности, конечно, необходимо принимать во внимание ограничения модели. Упрощения и неточности в конструкции модели означают, что в некоторых отношениях она должна быть нереалистичной. Поэтому требуется осторожность при экстраполяции результатов модели на реальность. Однако следует также отметить, что обширный анализ чувствительности (всего 37, 1, Дополнительные методы и дополнительные таблицы 1 и 2) считают, что предложенный здесь результат является исключительно устойчивым к неопределенностям модели (результаты моделирования между H1 и H2 для всех 37 протестированных вариантов модели). Другими словами, хотя общие показатели успеха (например) сильно различаются между вариантами модели, общий характер контроля над продолжительностью обитаемости — нет. По этой причине полный набор результатов модели, включая анализ чувствительности, дает уверенность в общем выводе. В целом результаты модели убедительно свидетельствуют о том, что возникновение долгосрочной обитаемости в реальной Вселенной также является функцией как механизма, так и случайности. Тем не менее, к этой проблеме следует применять независимые модели, чтобы увидеть, будут ли получены аналогичные результаты.

Таблица 1 Проверенные предположения.

Перемотка ленты

Предварительным условием для появления Homo sapiens было то, что Земля оставалась обитаемой в течение геологического времени, и только что описанные результаты дают некоторое представление о том, как это могло произойти. Дополнительный анализ был проведен для дальнейшего изучения возможности того, что длительная и непрерывная продолжительность обитаемости Земли не была неизбежной с самого начала. Каждая из 1000 планет была запущена дважды, при этом возмущения и начальные температуры различались между двумя запусками. Стивен Джей Гулд представил идею перемотки ленты истории Земли, чтобы увидеть, приведет ли биологическая эволюция к тем же результатам при повторном запуске 48 ; здесь та же идея была исследована для эволюции климата. Как показано на рис. 315 из 1000 планет остались обитаемыми в первом заходе и 10 во втором. Оба раза обитаемыми оставались 6 планет. Другими словами, 6 из 15 успешных при первом запуске были также среди 10 успешных во втором. Более подробный анализ большего набора результатов показал, что перекрытие составляет 39%; Другими словами, если планета оставалась пригодной для жизни при первоначальном запуске, то в среднем была 39% -ная вероятность того, что она останется пригодной для жизни при втором запуске, и 61% -ная вероятность, что это не так. Общие показатели успешности более чем 1400 из 100000 планет, которые оставались обитаемыми в течение 3 млрд лет при первом запуске, показаны на рис. 2b. (зеленая линия). Это наиболее подходящее сравнение с Землей, которая оставалась пригодной для жизни за один «пробег», но для которой общая вероятность успеха неизвестна. Это распределение отличается от распределения планет, которые были успешными в любом беге (синяя линия, рис. 2b), но опять же видно, что им управляет смесь судьбы и случая.

Рис. 3: Повторные прогоны набора планет не дают одинаковых результатов.
рисунок3

1000 различных планет были сгенерированы случайным образом. a Результаты, когда каждая планета запускалась один раз: те планеты, которые остались пригодными для жизни, показаны зелеными кружками, а те, которые не были, — черными кружками; b результат, когда те же 1000 планет были запущены во второй раз (те же планеты, но разные начальные температуры и возмущения по сравнению с первым запуском). В этом конкретном примере 15 планет оставались обитаемыми в первом случае, 10 — во втором, а 6 оставались обитаемыми в обоих случаях (дополнительный анализ показывает, что в среднем существует 39% перекрытия, или, другими словами, существует 39% вероятность планеты, пригодной для жизни в повторном наборе, если она была обитаемой в исходном наборе).

Обсуждение

Очевидный вывод из этих результатов состоит в том, что успех Земли не был неизбежным результатом, а скорее был случайным — он мог быть любым. Если бы климатическая система Земли была подвержена, например, разным величинам вулканических сверхизвержений или разным временам столкновения с астероидами, то результат мог бы быть другим. Роль случая в конечном результате, возможно, также подтверждается геологическими данными Земли, которые включают свидетельства экстремальных климатических возмущений, которые, возможно, были очень близки к уничтожению всей жизни (например, эпизоды Snowball Earth в палеопротерозое 49 и неопротерозое 50).).

Первоначальные перспективы того, что Земля останется обитаемой, могли быть плохими. Если это так, это говорит о том, что где-то  во Вселенной есть планеты, похожие на Землю, которые имели аналогичные начальные перспективы, но которые из-за случайных событий в какой-то момент стали слишком горячими или слишком холодными и, следовательно, потеряли жизнь на них. По мере совершенствования методов исследования экзопланет и открытия и анализа того, что на первый взгляд кажется «Землей-двойником», кажется вероятным, что большинство из них окажется непригодным для проживания.

Методы

Мотивация и основные принципы

Общая цель состоит в том, чтобы исследовать, как может происходить долгосрочная планетарная обитаемость (необходимая для развития разумной жизни) во Вселенной. Чтобы решить эту проблему, полезно иметь модель, которая может работать миллиарды лет и быть способной моделировать множество самых разных планет. Миллиардные прогоны сложных климатических моделей невозможны из-за чрезмерного времени выполнения. Здесь делается попытка альтернативного подхода: простейшего возможного представления обратной связи климата и регулирования климата.

Первый принцип конструкции этой идеализированной модели — стремление к простоте. По возможности избегают деталей, сохраняя только те основы, которые считаются важными для достижения общей цели. Основное внимание уделяется исключительно наиболее важным аспектам (обратная связь климата и возможность стабилизации). Второй принцип — сделать модель общей, а не конкретной. Это определенно не модель Земли. Вместо этого эта модель призвана в равной степени представлять любую потенциально обитаемую планету, будь то внутри или за пределами Солнечной системы, а также внутри или за пределами условно определенных обитаемых зон 44, 51. Третий принцип проектирования, вытекающий из второго, заключается в том, чтобы по возможности избегать предположений. Если есть какие-либо сомнения относительно его универсальной применимости, то предположение обычно не делается. Использование здесь случайных чисел для генерации нескольких и разнообразных экземпляров планет позволяет указывать диапазоны, а не точные значения для каждого параметра, устраняя необходимость предполагать точные значения. В тех случаях, когда во время проектирования модели приходилось делать предположения, анализ чувствительности (см. Дополнительные методы) использовался для изучения последствий альтернативных допущений (обозначенных ниже (SA)).

Модель имеет только одну переменную состояния, температуру поверхности планеты (T), и состоит из одного единственного обыкновенного дифференциального уравнения:

где t — время, dT / dt — скорость изменения температуры во времени (положительные значения соответствуют планетарному потеплению, а отрицательные — похолоданию), а — долгосрочное воздействие климата, суммируя факторы, которые меняются со временем, например, яркость родительской звезды. Время (t) — это время, прошедшее с момента возникновения жизни (т.е. с момента появления жизни где-нибудь  на Земле; это, например, не время с момента образования Земли или время с момента появления жизни на суше). Общая реакция обратной связи суммы представлена F (T) и изменяется в зависимости от температуры Т. Другими словами, при любой температуре планеты T, f (T) ϕ это чистая скорость потепления или охлаждения, возникающая в результате сочетания всех процессов. В отличие от стандартных климатических моделей, индивидуальные обратные связи климата (такие как обратная связь лед-альбедо) или процессы (например, перехват исходящего инфракрасного излучения парниковыми газами) отдельно не представлены. Преимущество этого экономного подхода состоит в том, что делается мало предположений, что позволяет максимально увеличить разнообразие различных типов систем, которые могут быть представлены. Недостатком является потеря реализма, если важный аспект поведения системы теряется из-за чрезмерного упрощения, и упущение влияет на полученные результаты.

Отзывы устанавливаются следующим образом. Во-первых, генератор случайных чисел используется для определения количества климатических узлов для планеты (~ U i (2,20), где U i — равномерное распределение). Затем они равномерно распределяются в обитаемом температурном диапазоне (от -10 до +60 ° C). Затем случайные числа снова используются для установки значения f (T) для каждого узла, причем положительные и отрицательные значения равновероятны (~ N (0,100) ° C ky -1, где N — распределение Гаусса). Значения f (T) между узлами линейно интерполируются (SA). Каждой планете также назначается случайное долгосрочное воздействие (), которое может быть как положительным, так и отрицательным с равной вероятностью (~ N (0,50) (° C ky −1) By −1).

Способность планет оставаться обитаемыми проверяется путем расчета эволюции их температуры при случайных возмущениях и долгосрочном воздействии. Каждый запуск запускается при случайной начальной температуре и моделируется с нуля (происхождение жизни) до 3 By (развитие интеллекта) или до тех пор, пока температура не выйдет за пределы обитаемого диапазона. Случайные температурные возмущения происходят в случайные моменты времени (красные треугольники на рис. 1), представляя климатические изменения, такие как извержения супервулканов и столкновения с астероидами. Существует три класса возмущений (~ N (2,1), ~ N (8,4) и ~ N (32,16) ° C), более крупные классы встречаются реже. Здесь вероятность определяется как состоящая из возмущений и начальных температур; они меняются для каждого повторного прогона одной и той же планеты, тогда как присущие характеристики (обратная связь и форсирование) — нет.

Модель выполняется быстро. Прогоны занимают несколько минут в течение 3 миллиардов лет, что позволяет исследовать склонность к обитаемости тысяч различных планет.

Пригодный диапазон температур

Модель имеет только одну переменную состояния, температуру поверхности планеты (T, в ° C, преобразованную в градусы Кельвина, где необходимо; ни вертикальные градиенты температуры атмосферы, ни температура верхней границы атмосферы не представлены; условия окружающей среды на поверхности, кроме температуры, также не отображаются. представлен (SA)). Здесь предполагается, что жизнь на других планетах требует жидкой воды, как и на Земле. Нижний предел обитаемости установлен на -10 ° C (SA), что несколько ниже точки замерзания соленой воды. Более сложная (эукариотическая) жизнь на Земле в большинстве случаев не способна выжить при температуре выше 50 ° C, и в этот момент ДНК и другие белки начинают денатурировать, если не защищены. В то время как простые микробы могут расти при температуре до 122 ° C (ссылка 52), кажется маловероятным, что более сложная (разумная) жизнь могла бы выжить при таких температурах 23. Температура кипения воды, зависящая от давления, также устанавливает более высокий предел, но здесь предполагается, что наиболее критическим фактором является стабильность фермента, и поэтому верхний предел устанавливается на +60 ° C (SA). Вероятно, что климат должен оставаться в более узких рамках на более поздних этапах развития интеллекта, хотя это не было включено в стандартное моделирование (SA). Географическая изменчивость подразумевает, что может потребоваться более экстремальная средняя глобальная температура поверхности, чтобы вызвать вымирание повсюду (SA). Микробная жизнь потенциально может пережить периоды неблагоприятных условий на поверхности в убежищах, например, в подземных породах или глубоко в покрытом льдом океане у гидротермальных жерл, возникающих позже для повторного заселения поверхности; свидетельства неопротерозойских событий на Земле снежного кома предполагают, однако, что эукариотические фотосинтетические водоросли сохранялись во время событий и, следовательно, обитаемость на поверхности сохранялась в некоторых местах 53. Другие условия окружающей среды могут влиять на обитаемость, но здесь учитывается только температура (и, следовательно, доступность воды) (SA).

Произвольно настроенные отзывы

Предполагается, что климатическим системам планет в целом не присуща ни отрицательная (стабилизирующая), ни положительная (дестабилизирующая) обратная связь (SA). Другими словами, здесь предполагается, что системы обратной связи планет являются конечным результатом набора процессов, которые в совокупности не содержат какой-либо общей врожденной предрасположенности либо к обитаемости, либо против нее. Планеты имеют произвольную конфигурацию, так что некоторые из них в конечном итоге более склонны к стабильности климата, а другие нет, но в любом случае без какого-либо встроенного предубеждения (SA). Это предположение могло быть неверным. Например, все планеты подчиняются закону Стефана-Больцмана, согласно которому общая тепловая энергия, излучаемая наружу (излучение черного тела), увеличивается пропорционально четвертой степени его температуры в 20 градусах Кельвина . При отсутствии систематического воздействия температуры на другие потоки энергии это может вызвать общее смещение в сторону температурной стабильности. Но другие факторы также могут систематически меняться с температурой. Например, все планеты с водными океанами также подвержены потенциально дестабилизирующей обратной связи с ледяным альбедо 54 и температурным водяным паром 55, 56, что потенциально может привести к беглому леднику или теплице.

Когда в моделировании создается новая планета, ей дается случайный набор обратной связи с использованием следующей процедуры. Во-первых, каждой планете выделяется количество узлов (N N), где N N с равной вероятностью будет установлено на любое число от 2 до максимальное количество узлов (20 в модели по умолчанию 

где обозначает целое число от 2 до, выбранный случайным образом из равномерного распределения (т.е. равная вероятность любого числа).

После задания количества узлов вычисляются свойства каждого узла. Первый узел расположен при самой низкой (самой холодной) температуре (T min), а последний узел — при самой высокой (самой высокой) температуре (T max) в обитаемом диапазоне. Сила обратной связи за пределами обитаемого диапазона не рассматривается, потому что планета считается «потерпевшей неудачу», как только она покинула обитаемый диапазон (SA). Затем устанавливаются температуры (T i) остальных узлов (если N N > 2) так, чтобы они равномерно (SA) распределялись по всему обитаемому диапазону температур:

Наконец, каждому узлу также дается случайная сила обратной связи (f i). Термин «сила обратной связи» используется здесь для обозначения скорости, с которой планета имеет тенденцию остывать или нагреваться при определенной температуре в результате обратной связи. Каждое значение f i определяется случайным выбором числа из гауссовского (нормального) статистического распределения среднего 0 и стандартного отклонения σ f (в градусах Цельсия за тысячу лет):

σ f присвоено значение 100 ° C ky −1 (SA). В результате 99,7% обратных связей, рассчитанных по формуле. (4) имеют абсолютную величину, меньшую или равную 300 ° C.

Трудно быть уверенным в наиболее реалистичном значении σ f. Некоторые предполагаемые потенциальные скорости нагрева и охлаждения показаны для Земли в дополнительной таблице 3 для сравнения. Однако, поскольку Земля оставалась обитаемой в течение 3 или 4 месяцев, отбор наблюдателя означает, что они не могут считаться репрезентативными для планет в целом. На других планетах можно ожидать разной скорости изменения температуры, если, например, у них разное количество океана (разная теплоемкость).

Сила обратной связи при промежуточных температурах рассчитывается путем линейной интерполяции (SA) между значениями в узлах. Некоторые примеры результатов этой процедуры для случайного определения обратных связей климата показаны в левой части рисунка 1 документа. Процедура генерирует неоднородную смесь планет. Это согласуется с выводами, сделанными на основе наблюдений Кеплера и других миссий, о значительном разнообразии экзопланет. Это также согласуется с теоретическими исследованиями экзопланет, которые начали изучать возможные последствия этого разнообразия экзопланет для климатической системы, например, планеты с гораздо более глубокими океанами 57 или приливными волнами вокруг своих родительских звезд 58 или с разными скоростями вращения.59. Таким образом, разнообразие планет подтверждается исследованиями экзопланет; универсальности земных обратных связей нет.

Постепенные изменения с течением времени

Различные климатические факторы могут изменяться с течением геологического времени. В частности, планета, находящаяся на неизменной орбите вокруг одной звезды, не получает постоянного тепла от этой звезды, потому что светимость звезд меняется со временем. Звезды наиболее стабильны на главной последовательности, но даже на главной последовательности их выход излучения увеличивается с возрастом (отсюда парадокс слабого молодого Солнца для Земли). Солнце, звезда G-типа, увеличивало свою мощность более быстрыми темпами (увеличение на 30% за последние 3 млрд. Лет) 14, чем большинство других потенциально поддерживающих жизнь звезд. Скорость тепловыделения более многочисленных звезд M-карликов увеличивается медленнее в течение их более длительных (> 10 By) времен жизни на главной последовательности.

Есть и другие факторы, которые также могут постепенно меняться в течение жизни планеты 60. Некоторые из них будут усиливать или противодействовать эффектам звездного сияния; они могут даже перевесить это, что приведет к чистому изменению в противоположном направлении, и со временем планета будет становиться все холоднее. Факторы, способствующие долгосрочному похолоданию, включают: (1) постепенное увеличение площади континента с течением времени 61, вызывающее увеличение альбедо (у суши альбедо выше, чем у воды); (2) снижение геотермального нагрева из-за распада радиоактивных элементов внутри планеты, при этом запас радиоактивных элементов со временем сокращается (это небольшой фактор в радиационном балансе Земли — Дополнительная таблица 3— но, вероятно, это более важный фактор для некоторых других планет и лун); (3) прогрессирующая утечка в космос газов с низкой молекулярной массой, включая водород, способствующая насыщению кислородом атмосферы и удалению метана и других парниковых газов 62. Еще один потенциальный источник долгосрочных изменений — это жизнь на самой планете. По мере того как жизнь усложняется с течением времени в процессе эволюции, интенсивность, с которой она извлекает ресурсы (включая парниковые газы, такие как CO 2) из окружающей среды, также может возрасти 63.

Из вышеизложенного кажется вероятным, что некоторые планеты со временем дрейфуют в сторону более отрицательных значений dT / dt, даже если тепло, получаемое от их родительской звезды, увеличивается. По этой причине в модели (SA) не кодируется никакая предвзятость . Вместо этого общая сумма воздействия для каждой планеты () устанавливается случайным образом из гауссовского распределения с равной вероятностью того, что оно является положительным или отрицательным: ϕ

где установлено равным 50 (° C ky −1) By −1 (SA). Таким образом, 99,7% воздействий при моделировании лежат между -150 и +150 (° C ky -1) на -1. σϕ

Для сравнения: Солнце увеличило уровень выработки энергии примерно на 30% за последние 3 миллиарда лет, при этом средний по площади поток солнечной энергии, получаемой Землей, увеличился с примерно 270 Вт м -2 до 340 Вт м -2. (Ссылка 14). Это будет соответствовать скоростям изменения из (+70/3) Вт м -2 К -1 ≈ +70 (° С KY -1) К -1, если никаким другим радиационным потокам также не изменились по сравнению с аналогичным интервалом 64.

Мгновенные возмущения

Климат планеты также подвержен случайным кратковременным внешним возмущениям различной величины и частоты возникновения. На Земле извержения вулканов и супер-извержения (например, Тоба) производят аэрозоли, которые блокируют солнечный свет и охлаждают планету. Тщательное сравнение данных о климате и вулканическом пепле за последние 2500 лет подтвердило, что после извержений извержений температура на поверхности Земли понижается на срок до 10 лет 65. Другие источники 66, 67К относительно краткосрочным возмущениям температуры планеты относятся удары комет или астероидов, орбитальные нестабильности, выбросы углекислого газа, связанные с размещением большого количества базальта на поверхности Земли, звездные вспышки и близлежащие сверхновые или другие космические взрывы. Возмущения также могут иметь биологическое происхождение 68. Например, экстремальные оледенения на Земле были вызваны появлением кислородного фотосинтеза и распространением первых лесов по суше 23. Некоторые возмущения (например, от близлежащих сверхновых или гамма-всплесков) могут быть настолько серьезными, что исключают любую возможность выживания, какими бы обратными связями ни обладала планета, хотя возмущения с достаточной энергией, чтобы мгновенно вскипятить все океаны Земли (повысить температуру во всем океане). на 100 ° C) считаются исчезающе редкими 67.

В моделировании используются три класса возмущений (P S, P M и P L: малые, средние и большие), величины которых определяются следующим образом:

где U i (−1 или 1) делает каждое возмущение случайным положительным или отрицательным, а — случайное число из нормального (гауссовского) распределения со средним µ и стандартное отклонение σ (оба в ° C). Для сравнения, температурные эффекты различных катастрофических событий на Земле показаны в дополнительной таблице 4, при этом опять же с учетом того, что Земля вряд ли является типичной из-за смещения выбора наблюдателя. N (μ,σ)

Различные планеты подвержены разным вероятностям возмущений в зависимости от того, насколько они геологически активны и где находятся. Планеты в плотно упакованных галактиках или регионах галактики имеют более высокий риск в течение 3 месяцев столкнуться с большими возмущениями от близлежащих сверхновых и / или всплесков гамма-излучения. По этой причине центры галактик, где звезды расположены более плотно, считаются менее вероятными местами для эволюции разума 69. Другие известные факторы включают природу родительской звезды (как часто и насколько сильно она вспыхивает), стабильность орбит других планет в планетной системе, а также количество и орбитальную стабильность астероидов и комет в системе.

Вероятно, как видно из извержений вулканов 65 и астероидов 70, более мелкие климатические возмущения случаются чаще, а более крупные — реже. Чтобы отразить эту переменную подверженность возмущениям, используются случайные числа, чтобы распределить каждой планете различные ожидаемые числа (λ) возмущений в каждом классе:

Фактическое количество возмущений (N S, N M и N L) во время каждых 3 повторных прогонов моделирования планеты, если они завершаются, затем вычисляются случайным образом следующим образом:

где P (λ) — случайное число из распределения Пуассона с ожидаемым (средним) значением λ. Возмущения возникают в случайные моменты времени (из равномерного распределения) через 3 By (SA). Некоторые примеры результатов применения этих уравнений показаны справа на рис. 1 статьи (красные треугольники).

Требуемая продолжительность непрерывного проживания

Для развития разумной жизни требуется огромная продолжительность постоянных условий обитания. Само по себе это не гарантирует, что сложная жизнь будет развиваться (например, жизнь может вообще никогда не возникнуть), но эволюция сложной жизни, очевидно, невозможна без длительного проживания. Трудно сказать, всегда ли требуется 3 миллиарда лет обитаемости или это время, которое потребовалось на Земле. Возможно, разумная жизнь могла бы развиваться быстрее на планете с более динамичной экологической историей без периодов застоя, таких как так называемый «скучный миллиард» на Земле 71. Было предложено минимальное требование — всего 100 миллионов лет 72. В качестве альтернативы, возможно, более типичны более длительные сроки 73. Из-за отсутствия подробного понимания необходимого времени в этом исследовании (SA) оно было установлено на 3 миллиарда лет .

Численное интегрирование

Численное интегрирование уравнения. 1 был выполнен в Matlab (жесткий решатель ode23s, адаптивный временной шаг) с начальным временным шагом 10 лет, максимальным временным шагом 1 миллион лет, допуском относительной погрешности один из десяти тысяч (0,0001) и абсолютным допуском 0,05 °. С. Представленные здесь запуски большого ансамбля были выполнены в кластере параллельных вычислений с использованием MDCS (Matlab Distributed Computing Server).

Начальная температура (T 0) была установлена ​​равной другому случайному значению между T min и T max (равная вероятность любого значения) в начале каждого цикла:

Поскольку возмущения представляют собой резкие изменения, которые могут привести к ошибкам интегрирования, если их не обработать должным образом, модель запускалась от одного возмущения к другому с перезапуском численного интегрирования после каждого возмущения. Моделирование продолжалось для каждой планеты до тех пор, пока она не стала стерильной (SA) (ее температура вышла за пределы пригодного для жизни диапазона, после чего она считалась `` неудачной '') или до тех пор, пока не истекло 3 By, после чего считалось, что она `` преуспела ''. (интеллект развился).

Несколько прогонов одной и той же планеты

Поскольку используются случайные числа, статистически надежная оценка тенденции планеты поддерживать пригодные для жизни условия требует нескольких прогонов; результат одного прогона вряд ли будет репрезентативным. Чтобы управлять планетой несколько раз, необходимо провести разделение между факторами, которые присущи планете и поэтому являются фиксированными для этой планеты, и факторами, которые меняются для каждого отдельного запуска этой планеты. Это разделение определяет, какие факторы классифицируются как часть случайности или опасности, а какие — как часть внутренней структуры планеты и, следовательно, механизма. В этом моделировании обратные связи (N N и f i), форсирование () и ожидаемое количество возмущений (λ S, λ M, λ L) оставались фиксированными для каждой планеты, тогда как начальные температуры (T 0) и фактические числа (N S, N M, N L) и величины (P S, P M, P L) возмущений были случайными. установить разные значения для каждого пробега по планете (SA). λ S, λ M, λ L и — это свойства, которые частично зависят от местоположения планеты (отражающие характер окружающей планетной системы и звезды, а также прилегающей части галактики). Таким образом, повторные показы были на одной и той же планете в одном и том же астрономическом местоположении, а не на одной и той же планете в разных астрономических точках (SA).

Рекомендации

  1. Nutman, AP, Bennett, VC, Friend, CR, Van Kranendonk, MJ & Chivas, AR Быстрое появление жизни, показанное открытием микробных структур возрастом 3700 миллионов лет. Nature 537, 535–538 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  2. Оллвуд, А.С., Уолтер, М.Р., Камбер, Б.С., Маршалл, С.П. и Берч, И.В. Строматолитовый риф из раннеархейской эры Австралии. Nature 441, 714–718 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  3. Лепот, К., Бензерара, К., Браун, Г.Е. и Филиппот, П. Микробиологическое влияние на образование строматолитов возрастом 2724 миллиона лет. Nature Geoscience 1, 118–121 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  4. Ленгмюр, С.Х. и Брокер, В.С. Как построить пригодную для жизни планету: история Земли от Большого взрыва до человечества. (Издательство Принстонского университета, Принстон, 2012 г.).

  5. Хойл, Ф. Замечания по вычислению эволюционных треков. Ricerche Astronomiche 5, 223–230 (1958).

    Google Scholar

  6. Шварцшильд М. Строение и эволюция звезд. (Издательство Принстонского университета, 1958).

  7. Саган, К. и Маллен, Г. Земля и Марс: эволюция атмосферы и температуры поверхности. Science 177, 52–56 (1972).

    CAS Статья Google Scholar

  8. Кастинг, Дж. Ф. Ранняя Земля: слабое уменьшение молодого Солнца. Nature 464, 687–689 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  9. Ронданелли Р., Линдзен Р. С. Могут ли тонкие перистые облака в тропиках решить парадокс слабого молодого Солнца? J. Geophys. Res. 115, https://doi.org/10.1029/2009JD012050 (2010).

  10. Айрапетян, В.С., Глосер, А., Гронофф, Г., Эбрар, Э. и Данчи, В. Пребиотическая химия и атмосферное потепление ранней Земли активным молодым Солнцем. Nat. Geosci. 9. С. 452–455 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  11. Сотрей, Б., Шарне, Б., Аффхолдер, А., Мазевет, С., Ферриер, Р. Совместная эволюция примитивных экосистем с круговоротом метана и атмосферы и климата ранней Земли. Nat. Commun. 11, https://doi.org/10.1038/s41467-020-16374-7 (2020).

  12. Isson, TT et al. Эволюция глобального углеродного цикла и регулирование климата на Земле. Global Biogeochem. Циклы 34, e2018GB006061 (2020).

    CAS Статья Google Scholar

  13. Charnay, B. et al. Решена ли проблема слабого молодого солнца для Земли?. Космические науки. Ред. 216, 90 https://doi.org/10.1007/s11214-020-00711-9 (2020).

    Статья Google Scholar

  14. Feulner, G. Проблема слабого молодого Солнца. Rev. Geophys. 50, RG2006, https://doi.org/10.1029/2011RG000375 (2012).

    Статья Google Scholar

  15. Авдуевский В. С., Маров М. Ю., Рождественский М. К., Бородин Н. Ф., Кержанович В. В. Мягкая посадка «Венеры-7» на поверхность Венеры и предварительные результаты исследований атмосферы Венеры. J. Atmos. Sci. 28, 263–269 (1971).

    Статья Google Scholar

  16. Hess, SL et al. Климатология Марса от Викинга 1 после 20 сол. Science 194, 78–81 (1976).

    CAS Статья Google Scholar

  17. Grotzinger, JP et al. Отложение, эксгумация и палеоклимат месторождения древнего озера, кратер Гейла, Марс. Наука 350, 177 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  18. Хайнек, Б.М., Бич, М. и Хок, MRT Обновленная глобальная карта сетей марсианской долины и ее последствия для климата и гидрологических процессов. J. Geophys. Res. , 115, https://doi.org/10.1029/2009JE003548 (2010).

  19. Бернер Р. А. и Калдейра К. Необходимость баланса массы и обратной связи в геохимическом углеродном цикле. Геология 25, 955–956 (1997).

    Статья Google Scholar

  20. Пьерумберт Р. Т. Принципы планетарного климата. (Издательство Кембриджского университета, Нью-Йорк, 2012 г.).

  21. Broecker, WS и Sanyal, A. Контролирует ли атмосферный CO 2 скорость химического выветривания? Global Biogeochem. Циклы 12, 403–408 (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  22. Лавлок, Дж. Э. Гайя: новый взгляд на жизнь на Земле. (Издательство Оксфордского университета, Оксфорд, 1979).

  23. Тиррелл Т. О Гее: критическое исследование взаимосвязи между жизнью и Землей. (Издательство Принстонского университета, Принстон, 2013).

  24. Уокер, Дж. К., Хейс, П. Б. и Кастинг, Дж. Ф. Механизм отрицательной обратной связи для долгосрочной стабилизации температуры поверхности Земли. J. Geophys. Res. Oceans 86, 9776–9782 (1981).

    CAS Статья Google Scholar

  25. Камп, Л. Р., Брантли, С. Л. и Артур, М. А. Химическое выветривание, атмосферный CO 2 и климат. Анну. Преподобный «Планета Земля». Sci. 28, 611–667 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  26. Zeebe, RE и Caldeira, K. Тесный баланс масс долгосрочных потоков углерода из данных о CO 2 в кернах льда и химии океана. Nat. Geosci. 1. С. 312–315 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  27. Ли, Г. и Элдерфилд, Х. Эволюция углеродного цикла за последние 100 миллионов лет. Геохим. Cosmochim. Acta 103, 11–25 (2013).

    Статья CAS Google Scholar

  28. Ли, Г. и др. Температурная зависимость выветривания базальтов. Планета Земля. Sci. Lett. 443, 59–69 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  29. Иссон, Т.Т., Планавский, Н.Дж. Обратное выветривание как долгосрочный стабилизатор pH морской среды и планетарного климата. Nature 560, 471–475 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  30. Кастинг, Дж. Ф. Планета Златовласки? Как силикатное выветривание поддерживает Землю «в хорошем состоянии». Элементы 15, 235–240 (2019).

    CAS Статья Google Scholar

  31. Раймо, М. Е., Руддиман, В. Ф. и Фройлих, П. Н. Влияние позднекайнозойского горообразования на геохимические циклы океана. Геология 16. С. 649–653 (1988).

    CAS Статья Google Scholar

  32. Рибе, К.С., Кирхнер, Дж. В. и Финкель, Р. К. Эрозионные и климатические воздействия на долгосрочную скорость химического выветривания в гранитных ландшафтах, охватывающих различные климатические режимы. Планета Земля. Sci. Lett. 224, 547–562 (2004).

    CAS Статья Google Scholar

  33. Вилленбринг, Дж. К. и фон Бланкенбург, Ф. Долгосрочная стабильность скорости глобальной эрозии и выветривания во время позднего кайнозойского похолодания. Природа 465, 211–214 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  34. Фостер, Г.Л. и Вэнс, Д. Незначительные ледниково-межледниковые изменения в темпах химического выветривания континентов. Nature 444, 918–921 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  35. Раймо, М. Е. и Руддиман, В. Ф. Тектоническое воздействие позднего кайнозоя. Nature 359, 117–122 (1992).

    CAS Статья Google Scholar

  36. Боуэн, Дж. Дж. И Захос, Дж. К. Быстрая секвестрация углерода в конце палеоцен-эоценового термального максимума. Nat. Geosci. 3, 866–869 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  37. Gutjahr, M. et al. Очень большое выделение в основном вулканического углерода во время палеоцен-эоценового термального максимума. Nature 548, 573–577 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  38. Картер, Б. Совпадения большого числа и антропный принцип в космологии. Симпозиум МАС 63: Противостояние космологических теорий с данными наблюдений. D. Reidel, Dordrecht, стр. 291–298 (1974).

  39. Уотсон, А.Дж. Гайя и самостоятельный выбор наблюдателя. В: Дебаты ученых Гайя, (ред. Шнайдер, С.Х., Миллер, Дж. Р., Крист, Э. и Бостон, П.Дж.), 201–208 (MIT Press, Cambridge MA, 2004).

  40. Уолтем, Д. Счастливая планета: Почему Земля исключительна и что это означает для жизни во Вселенной. Icon Books, Лондон (2014).

  41. Петигура, Е. А., Ховард, А. В. и Марси, Г. В. Распространенность планет размером с Землю, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 19273–19278 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  42. Дрессинг, С.Д. и Шарбонно, Д. Возникновение потенциально обитаемых планет, вращающихся вокруг M карликов, оценивается на основе полного набора данных Кеплера и эмпирического измерения чувствительности обнаружения. Astrophys. J. 807, https://doi.org/10.1088/0004-637X/807/1/45 (2015).

  43. Камп, Л. Р., Кастинг, Дж. Ф. и Крейн, Р. Г. Система Земли, 2-е издание (Прентис Холл, Нью-Джерси, 2004 г.).

  44. Кастинг, Дж. Ф. и Кэтлинг, Д. Эволюция обитаемой планеты. Анну. Rev. Astron. Astrophys. 41, 429–463 (2003).

    CAS Статья Google Scholar

  45. Лунин, Д. И. Земля: эволюция пригодного для жизни мира. (Издательство Кембриджского университета, 2013 г.).

  46. Николсон, А.Е., Уилкинсон, Д.М., Уильямс, Х.Т. и Лентон, Т.М. Узкие места в Gaian и обитаемость на планете, поддерживаемые развивающейся модельной биосферой: модель ExoGaia. Ежемесячные уведомления R. Astron. Soc. 477. С. 727–740 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  47. Брэдли, СП Статистические тесты без распространения. (Прентис-Холл, 1968).

  48. Гулд, SJ Замечательная жизнь: сланцы Берджесс и природа истории. (WW Norton & Co, Нью-Йорк, 1989).

  49. Киршвинк, Дж. Л. Позднее протерозойское низкоширотное глобальное оледенение: Земля-снежок. В: Протерозойская биосфера: мультидисциплинарное исследование, (ред. Schopf, JW & Klein, C.) 51-52 (Cambridge University Press, Нью-Йорк, 1992).

  50. Хоффман, П.Ф., Кауфман, А.Дж., Халверсон, Г.П. и Шраг, Д.П. Неопротерозойская снежная земля. Science 281, 1342–1346 (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  51. Хеллер, Р., Армстронг, Дж. Сверхобитаемые миры. Астробиология 14, 50–66 (2014).

    Статья Google Scholar

  52. Takai, K. et al. Клеточная пролиферация при 122 ° C и выработка изотопно тяжелого CH4 гипертермофильным метаногеном при культивировании под высоким давлением. Proc. Natl Acad. Sci. USA 105, 10949–10954 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  53. Олкотт, А.Н., Сешнс, А.Л., Корсетти, Ф.А., Кауфман, А.Дж., Де Оливьера, Т.Ф. Биомаркеры, свидетельствующие о фотосинтезе во время неопротерозойского оледенения. Science 310, 471–474 (2005).

    CAS Статья Google Scholar

  54. Будыко М. И. Влияние вариаций солнечной радиации на климат Земли. Tellus 21, 611–619 (1969).

    Статья Google Scholar

  55. Хелд, И.М. и Соден, Б.Дж. Обратная связь по водяному пару и глобальное потепление. Анну. Rev. Energy Environ. 25, 441–475 (2000).

    Статья Google Scholar

  56. Myhre, G. et al. Антропогенное и естественное радиационное воздействие. В: Изменение климата 2013 : основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата (ред. Стокер, Т.Ф. и др.) 33-115 (Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2013).

  57. Китцманн, Д. и др. Нестабильный цикл обратной связи CO 2 на океанских планетах. Ежемесячные уведомления R. Astron. Soc. 452, 3752–3758 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  58. Checlair, J., Menou, K. & Abbot, DS No Snowball на обитаемых планетах, заблокированных приливом. Astrophys. J. 845, 132-141 (2017).

    Статья Google Scholar

  59. Янсен Т., Шарф К., Уэй М. и Дель Генио А. Климаты теплых планет земного типа. II. Вахтовые зоны «Златовласки» фракционной обитаемости и силикатного выветривания. Astrophys. J. 875, 79–86 (2019).

    CAS Статья Google Scholar

  60. Брэдли, округ Колумбия. Светские тенденции в геологической летописи и суперконтинентальном цикле. Наук о Земле. Ред. 108, 16–33 (2011).

    Статья Google Scholar

  61. Конди, К. К. Земля как развивающаяся планетная система. 3-е издание. (Elsevier Academic Press, Burlington MA, 2015).

  62. Кэтлинг, Д.К., Занле, К.Дж. и Маккей, К.П. Биогенный метан, утечка водорода и необратимое окисление ранней Земли. Science 293, 839–843 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  63. Тиррелл, Т. Биотическое ограбление: контроль за окружающей средой путем биологического истощения ресурсов. В: Дебаты ученых Гайя, (ред. Шнайдер, С.Х., Миллер, Дж. Р., Крист, Э. и Бостон, П.Дж.), MIT Press, Cambridge MA, стр. 137–147 (2004).

  64. Хансен, С.Дж., Кавалер, С.Д. и Тримбл, В. Звездные интерьеры: физические принципы, структура и эволюция. 2-е издание. (Спрингер, Нью-Йорк, 2012).

  65. Sigl, M. et al. Сроки и климатические факторы извержений вулканов за последние 2500 лет. Nature 523, 543–549 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  66. Хансльмайер, А. Обитаемость и космические катастрофы. (Спрингер, Нью-Йорк, 2008 г.).

  67. Слоан, Д., Батиста, Р. А. и Лоеб, А. Устойчивость жизни к астрофизическим событиям. Sci. Отчет 7, https://doi.org/10.1038/s41598-017-05796-x (2017).

  68. Уорд П. Гипотеза Медеи: является ли жизнь на Земле в конечном итоге саморазрушительной? (Издательство Принстонского университета, Нью-Джерси, 2009 г.).

  69. Гоуэнлок, М.Г., Паттон, Д.Р. и МакКоннелл, С.М. Модель обитаемости в галактике Млечный Путь. Астробиология 11, 855–873 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  70. Блэнд П. А., Артемьева Н. А. Скорость малых ударов по Земле. Метеор. Планета. Sci. 41, 607–631 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  71. Голландия, HD Оксигенация атмосферы и океанов. Филос. Пер. R. Soc. B Biol.Sci. 361, 903–915 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  72. Маккей, CP Время для разведки на других планетах. В: Околозвездные обитаемые зоны, (изд. Дойл, Л.) 405–419 (Трэвис Хаус, Менло-Парк, Калифорния, 1996).

  73. Киппинг, Д. Объективный байесовский анализ раннего начала жизни и нашего позднего прибытия. Proc. Natl Acad. Sci. USA 117, 11995–12003 (2020).

    CAS Статья Google Scholar

  74. Tyrrell, T. Код модели планет. Зенодо. https://doi.org/10.5281/zenodo.4081451 (12 октября 2020 г.).

источник

климатЗемлясуществованиеслучайность 

16.12.2020, 949 просмотров.


Нравится

SKOLKOVO
17.03.2021 20:09:37

Снизить вирусную нагрузку могут зубные пасты и ополаскиватели /AntiCOVID19

Исследователи выяснили, что некоторые зубные пасты и ополаскиватели могут уничтожить коронавирус во рту на 99,9%. В Центре им. Гамалеи предупредили, что эти средства нужно использовать для профилактики, а не для лечения COVID-19

COVID-19, вирус, нагрузка

17.02.2021 23:13:51

Существуют анализы на 2 разных типа антител к коронавирусу, но в поликлиниках делают только один

Врач из Инвитро разьяснил, что после вакцинации надо делать тест на S-белок, а не на N-белок вирусного капсида, который, как правило, делают в поликлиниках бесплатно.

антитела, Коронавирус, анализы

17.02.2021 00:06:25

Пыль разносит штаммы по всему миру?

Если  пыль из Африки попадает в Европу и Америку, то пыль из Китая могла вызвать пандемию? В эпоху вируса COVID-19 инфекциионный перенос c пылью приобретает новое значение.

пандемия, Африка, Китай

14.02.2021 23:08:48

Роботы против ковид-19

Международный онлайн-форум «Роботы против COVID-19» прошел в декабре на Робостанции ВДНХ.

форум, ковид-19, Москва

10.02.2021 23:17:59

Экспресс-тесты на коронавирус: споры специалистов и руководство для недоумевающих

Ученые все еще спорят о том, помогут ли миллионы дешевых быстрых диагностических наборов контролировать пандемию. Вот почему.

Специалисты, тест, Коронавирус

09.02.2021 22:48:29

Ковид-диагноз за 2 минуты

В России изобрели быстрый метод тестирования на коронавирус

тест, COVID-19, анализ

08.02.2021 22:41:18

Не дайте себя обмануть спадом заражений! / Новый штамм меняет правила игры

График заболевпемости объединяет две эпидемии: одну, быстро сокращающуюся, вызванную более старыми вариантами SARS-CoV-2, и меньшую, медленно растущую вспышку B.1.1.7

заражение, вирус, COVID-19

RSS
Архив "#ПроЗдоровье"
Подписка на RSS
Реклама: