En algún lugar de nuestra galaxia, un exoplaneta probablemente orbita una estrella que es más fría que nuestro sol, pero en lugar de congelarse, el planeta podría ser cálido y cálido gracias al efecto invernadero causado por el metano en su atmósfera.
Los astrobiólogos de la NASA del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un nuevo modelo integral que muestra cómo la química planetaria podría hacer que eso suceda. El modelo, publicado en un nuevo estudio en la revista Geociencia de la naturaleza , se basó en un escenario probable en la Tierra hace tres mil millones de años, y en realidad se construyó alrededor de su posible química geológica y biológica.
El sol produjo un cuarto menos de luz y calor entonces, pero la Tierra permaneció templada, y el metano pudo haber salvado a nuestro planeta de un congelamiento de un eón de larga duración, según los científicos. Si no fuera así, nosotros y la mayoría de las otras vidas complejas probablemente no lo habríamos hechot estar aquí hoy.
El nuevo modelo combina múltiples procesos metabólicos microbianos con actividades volcánicas, oceánicas y atmosféricas, lo que puede hacer que sea el más completo de su tipo hasta la fecha. Pero mientras estudiaban el pasado lejano de la Tierra, los investigadores de Georgia Tech apuntaron su modelo a años luz de distancia,querer que algún día ayude a interpretar las condiciones en exoplanetas descubiertos recientemente.
Los investigadores establecen los parámetros del modelo de manera amplia para que puedan aplicarse no solo a nuestro propio planeta sino también a sus hermanos con sus diferentes tamaños, geologías y formas de vida.
Tierra y sus hermanos
"Realmente teníamos en mente el uso futuro con exoplanetas por una razón", dijo Chris Reinhard, investigador principal del estudio y profesor asistente en la Escuela de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech. "Es posible que el metano atmosférico modele que nosotrosestán explorando para la Tierra primitiva representan condiciones comunes a las biosferas en toda nuestra galaxia porque no requieren una etapa de evolución tan avanzada como la que tenemos aquí en la Tierra ahora ".
Reinhard y el primer autor Kazumi Ozaki publicaron su Geociencia de la naturaleza documento del 11 de diciembre de 2017. La investigación fue apoyada por el Programa Postdoctoral de la NASA, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, el Instituto de Astrobiología de la NASA y la Fundación Alfred P. Sloan.
Los modelos anteriores han examinado la mezcla de gases atmosféricos necesarios para mantener la Tierra caliente a pesar de la debilidad anterior del sol, o han estudiado metabolismos microbianos aislados que podrían haber producido el metano necesario ". De forma aislada, cada metabolismo no ha dado lugar a modelos productivoseso explicaba bien esa cantidad de metano ", dijo Reinhard.
Los investigadores de Georgia Tech sinergizaron esos metabolismos microbianos aislados, incluida la fotosíntesis antigua, con química geológica para crear un modelo que refleja la complejidad de todo un planeta vivo. Y la producción de metano del modelo se disparó.
"Es importante pensar en los mecanismos que controlan los niveles atmosféricos de gases de efecto invernadero en el marco de todos los ciclos biogeoquímicos en el océano y la atmósfera", dijo el primer autor Ozaki, un asistente postdoctoral.
Carl Sagan y el débil Sol
El modelo de Georgia Tech refuerza una hipótesis principal que intenta explicar un misterio llamado "la débil paradoja del joven sol" señalada por el icónico astrónomo fallecido Carl Sagan y su colega de la Universidad de Cornell George Mullen en 1972.
Los astrónomos notaron hace mucho tiempo que las estrellas ardían más a medida que maduraban y se debilitaban en su juventud. Calcularon que hace unos dos mil millones de años, nuestro sol debió haber brillado alrededor de un 25 por ciento más débil que hoy.
Eso habría sido demasiado frío para que existiera agua líquida en la Tierra, pero paradójicamente, la evidencia sólida dice que existió agua líquida. "Según la observación del registro geológico, sabemos que debe haber habido agua líquida".Reinhard dijo, "y en algunos casos, sabemos que las temperaturas eran similares a las de hoy, si no un poco más cálidas".
Sagan y Mullen postularon que la atmósfera de la Tierra debe haber creado un efecto invernadero que lo salvó. En aquel entonces, sospechaban que el amoníaco estaba funcionando, pero químicamente, esa idea resultó menos factible.
"El metano ha tomado un papel principal en esta hipótesis", dijo Reinhard. "Cuando el oxígeno y el metano ingresan a la atmósfera, se cancelan químicamente entre sí con el tiempo en una compleja cadena de reacciones químicas. Debido a que había muy poco oxígeno en elen ese entonces, habría permitido que el metano acumulara niveles mucho más altos que los actuales "
fotosíntesis de hierro y óxido
En el núcleo del modelo hay dos tipos diferentes de fotosíntesis. Pero hace tres mil millones de años, el tipo dominante de fotosíntesis que conocemos hoy en día que bombea oxígeno puede que aún no haya existido.
En cambio, otros dos procesos fotosintéticos bacterianos muy primitivos probablemente fueron esenciales para la biosfera antigua de la Tierra. Uno transformó el hierro en el océano en óxido, y el otro hidrógeno fotosintetizado en formaldehído.
"El modelo se basaba en una gran cantidad de actividad volcánica que arrojaba hidrógeno", dijo Ozaki. Otras bacterias fermentaron el formaldehído y otras bacterias, aún así, convirtieron el producto fermentado en metano.
Los dos procesos fotosintéticos sirvieron como resorte de reloj del mecanismo del modelo, que atrajo 359 reacciones biogeoquímicas previamente establecidas que abarcaban la tierra, el mar y el aire.
3,000,000 carreras y metano furioso
El modelo no era el tipo de simulación que produce una animación de video de la antigua biogeoquímica de la Tierra. En cambio, el modelo analizó matemáticamente los procesos, y la salida fue números y gráficos.
Ozaki ejecutó el modelo más de 3 millones de veces, variando los parámetros, y descubrió que si el modelo contenía ambas formas de fotosíntesis operando en conjunto, ese 24 por ciento de las corridas producían suficiente metano para crear el equilibrio necesario en la atmósfera para mantener elefecto invernadero y mantener la antigua Tierra, o posiblemente un exoplaneta, templado.
"Eso se traduce en un 24 por ciento de probabilidad de que este modelo produzca un clima estable y cálido en la antigua Tierra con un sol débil o en un exoplaneta similar a la Tierra alrededor de una estrella más tenue", dijo Reinhard. "Otros modelos que parecíanen estos metabolismos fotosintéticos en forma aislada, tienen probabilidades mucho más bajas de producir metano suficiente para mantener el clima cálido ".
"Confiamos en que este enfoque estadístico bastante único significa que puede llevar los conocimientos básicos de este nuevo modelo al banco", dijo.
Otras explicaciones para la "débil paradoja del Sol joven" han sido más catastróficas y quizás menos regulares en su dinámica. Incluyen ideas sobre los ataques de asteroides de rutina que estimulan la actividad sísmica, lo que resulta en una mayor producción de metano, o sobre el sol que dispara constantemente la masa coronaleyecciones en la Tierra, calentándola.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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