Odkryto nową zależność między liczbą wybuchających w pobliżu nas supernowych a rozwojem życia na Ziemi. Zgromadzone pomiary naukowe wskazują na ścisły związek między procentowym udziałem materii organicznej zagrzebanej w osadach oceanicznych a zmiennością w pojawianiu się dawnych supernowych. Korelacja ta jest widoczna w czasie ostatnich 3,5 miliarda lat, ale najwyraźniejsza dla ostatnich 500 milionów lat.
Zależność ta świadczy o tym, że to supernowe ustanowiły warunki niezbędne do istnienia życia na Ziemi. Życie to z dużym prawdopodobieństwem ewoluowało pod wpływem aktywności supernowych, które wybuchały w sąsiedztwie Układu Słonecznego. Takie wnioski zawarto w nowym artykule, opublikowanym w czasopiśmie Geophysical Research Letters przez dr. Henrika Svensmarka z DTU Space.
Zdaniem autora jednym z wyjaśnień zaobserwowanego związku między supernowych a rozwojem życia jest wpływ supernowych na klimat Ziemi. Duża ilość eksplozji supernowych skutkuje zimnym klimatem ze znaczną różnicą temperatur między równikiem a obszarami biegunowymi. Efektem są silne wiatry i mieszanie się oceanów, niezbędne do dostarczania składników odżywczych do systemów ekologicznych. Wysoka koncentracja składników odżywczych prowadzi do większej produktywności biologicznej i bardziej rozległego osadzania się materii organicznej w procesach sedymentacji. Ciepły klimat charakteryzuje się z kolei słabszymi wiatrami i rzadszym mieszaniem się oceanów, ograniczoną dostawą składników odżywczych, niższą bioproduktywnością i zmniejszonym osadzaniem się materii organicznej.
Ciekawą konsekwencją jest to, że przemieszczanie się materii organicznej do osadów pośrednio może stawać się źródłem tlenu. W procesie fotosyntezy ze światła, wody i dwutlenku węgla powstaje tlen i cukier. Jeśli jednak materia organiczna nie zostanie przeniesiona do osadów, tlen i materia organiczna zamieniają się w dwutlenek węgla i wodę. Osadzanie się materii organicznej zapobiega tej odwrotnej reakcji chemicznej. W ten sposób supernowe pośrednio kontrolują produkcję tlenu, który jest podstawą złożonego życia w każdej znanej nam postaci – wyjaśnia dr Svensmark.
Zmierzona w jego pracy koncentracja składników odżywczych w oceanach dla ostatnich 500 milionów lat wydaje się silnie skorelowana z wahaniami w liczbie zachodzących w tym czasie wybuchów supernowych. Koncentracja składników odżywczych została przy tym oszacowana poprzez pomiary zawartości pierwiastków śladowych w minerałach zwanych pirytami (o wzorze chemicznym FeS2, zwanych również złotem głupców), osadzonych w czarnych łupkach, które sedymentują na dnie morskim. Ocena udziału materii organicznej w osadach była z kolei możliwa dzięki pomiarom zawartości izotopu węgla 13C w odniesieniu do węgla 12C. Wiemy, że ziemskie życie zdecydowanie preferuje wykorzystywanie lżejszych atomów węgla 12C, więc ilość zalegającej biomasy wpływa na zmianę stosunku izotopów 12C do 13C zawartych w osadach morskich.
Gdy ciężkie gwiazdy eksplodują jako supernowe, produkowane są promienie kosmiczne złożone z cząstek elementarnych o ogromnych energiach. Cząstki te podróżują po Galaktyce, czasem trafiając także do Układu Słonecznego, gdzie ich część kończy swoją podróż zderzając się z ziemską atmosferą. To właśnie one odpowiedzialne są za jonizację rodzimych cząstek atmosfery. Nowe badania wskazują także na wzajemne zależności między życiem na Ziemi i jej klimatem a supernowymi. Supernowe wpływają na rozwój życia, bo promieniowanie kosmiczne ma wpływ na klimat. Już wcześniejsze badania prowadzone przez dr. Svensmarka i jego współpracowników wykazały, że będące efektem działania promieni kosmicznych atmosferyczne jony pomagają w procesie tworzenia się i wzrostu stężenia aerozoli, wpływając w ten sposób na zawartość atmosfery i chmur. Chmury mogą regulować ilości energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi, więc związek promieniowania kosmicznego z chmurami jest ważny także z punktu widzenia klimatu.
Empiryczne dowody wskazują na to, że klimat Ziemi zmienia się, gdy zmienia się intensywność docierającego do jej powierzchni promieniowania kosmicznego. Sama częstotliwość wybuchów pobliskich supernowych może z kolei zmieniać się nawet o kilkaset procent w geologicznej skali czasu. A wynikające z niej zmiany klimatu nie są zaniedbywalne.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Henrik Svensmark, Supernova Rates and Burial of Organic Matter, Geophysical Research Letters (2022)
- Atmospheric ionization and cloud radiative forcing
Źródło: Phys.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Wizja Drogi Mlecznej widocznej z Ziemi. Supernowa przyspiesza promienie kosmiczne do wysokich energii. Niektóre z tych rozpędzonych cząsteczek wchodzą w atmosferę, gdzie wytwarzają kaskady cząstek wtórnych. Zaskakującym odkryciem jest to, że zmiany w ilości promieniowania kosmicznego w historii Ziemi miały wpływ na życie na Ziemi. Źródło: H. Svensmark/DTU Space.
