Тектоника плит: ключ к появлению разумной жизни на Земле?

Мы стоим на пороге нового великого открытия: обнаружения жизни за пределами Земли. Телескопы фиксируют тысячи экзопланет, некоторые из которых кажутся похожими на нашу планету, и надежды на встречу с внеземными цивилизациями, способными к межзвездной коммуникации (ВЦК), растут с каждым днем. Но, как парадоксально, чем больше мы узнаем о Вселенной, тем сложнее представить себе существование другой цивилизации, подобной нашей. Эта загадка, известная как парадокс Ферми, заставляет нас переосмыслить наши представления о том, что необходимо для развития сложной жизни и, в конечном итоге, разумной цивилизации.

В новой научной работе, опубликованной в журнале «Nature», Роберт Стерн и Тарас Герия предлагают уникальную и смелую гипотезу. Они утверждают, что ключ к разгадке парадокса Ферми лежит не в ограниченности жизни как таковой, а в уникальном геологическом происхождении Земли.

Стерн и Герия отмечают, что на протяжении миллиардов лет Земля претерпела глубокую геологическую трансформацию. В начале своего существования, она была покрыта единой твердой корой, подвижной, но не раздробленной на тектонические плиты. Этот период, называемый «единым покровным стилем», длился почти 3 миллиарда лет.

Однако в эпоху неопротерозоя, примерно 1 миллиард лет назад, началась новая эра — эра тектоники плит. Земля «раскололась» на отдельные плиты, которые начали двигаться и взаимодействовать, формируя океаны, континенты и горные хребты.

Казалось бы, тектоника плит — это основа для развития жизни, ведь она создает разнообразие ландшафтов, стимулирует выветривание горных пород, что приводит к поступлению в океаны питательных веществ. Однако Стерн и Герия доказывают, что тектоника плит не только благоприятствует жизни, но и запускает ускоренную эволюцию сложных форм жизни, в том числе и разумной.

Почему же эволюция на Земле так ускорилась с появлением тектоники плит?

• Повышенное поступление питательных веществ. Взаимодействие тектонических плит приводит к образованию горных хребтов и вулканов, которые выветриваются, высвобождая в океаны необходимые для жизни элементы, такие как фосфор и железо. В эпоху единого покровного стиля этих процессов было значительно меньше, что сдерживало развитие жизни.

• Увеличение концентрации кислорода. Появление тектоники плит способствовало активному образованию континентов, которые поглощали углекислый газ из атмосферы, увеличивая концентрацию кислорода. Это создало условия для развития сложных форм жизни, которые нуждаются в большем количестве кислорода для дыхания.

• Изменение климата. Тектоника плит приводила к изменению ландшафта и климата, стимулируя разнообразие обитаемых ниш и ускоряя эволюционный процесс. На планете с единым покровным стилем климат более стабилен, что может замедлять эволюцию.

• Усиление селективного давления. Постоянные изменения среды, вызванные тектоническими процессами, заставляют живые организмы адаптироваться и развиваться быстрее, чем при более стабильных условиях.

Важно отметить, что тектоника плит — это не единственное условие для развития разумной жизни. Стерн и Герия также подчеркивают необходимость наличия на планете как океанов, так и континентов.

Океаны необходимы для возникновения и раннего развития жизни, поскольку они предоставляют питательные вещества и защиту от ультрафиолетового излучения.

Однако для развития сложных разумных существ, способных создавать цивилизации, необходима суша. Суша обеспечивает разнообразие обитаемых ниш, стимулирует эволюцию сложных организмов и адаптацию к различным условиям существования.

В результате этих рассуждений Стерн и Герия вводят два новых термина в уравнение Дрейка, которое используется для оценки количества ВЦК в галактике:

• foc (fraction of habitable exoplanets with significant continents and oceans) — доля пригодных для жизни планет, имеющих как значительные океаны, так и континенты.

• fpt (the fraction of habitable exoplanets with significant continents and oceans that have had plate tectonics operating for at least 0.5 Ga) — доля планет с океанами и континентами, на которых тектоника плит существовала не менее 500 миллионов лет.

По расчетам Стерна и Герии, произведение foc и fpt является чрезвычайно малым (< 0.00003-0.002), что значительно снижает вероятность нахождения другой цивилизации в нашей галактике.

Эти выводы не означают, что жизнь не может существовать на других планетах. Напротив, возможно, примитивная жизнь встречатся относительно часто. Однако уникальные геологические условия, необходимые для развития сложной жизни и разумных цивилизаций, крайне редки.

Исследование Стерна и Герии открывает новые перспективы для поиска внеземной жизни. Теперь мы не только ищем планеты, похожие на Землю, но и анализируем их геологическую историю. И, возможно, это позволит нам найти ответ на самый важный вопрос: одиноки ли мы во Вселенной?

Если тектоника плит так важна для эволюции сложной жизни, почему она есть только на Земле?

В этом кроется ключевая загадка. Стерн и Герия предполагают, что тектоника плит — явление редкое даже в масштабах Вселенной. Наличие океана достаточной глубины и определенной температуры мантии являются критическими факторами для ее запуска и поддержания. Помимо этого, роль может играть начальная композиция планеты и состав звезды, вокруг которой она вращается.

Как мы можем проверить гипотезу Стерна и Герии?

Проверка этой гипотезы является задачей будущих исследований. Необходимо изучать геологические процессы на других планетах и сравнивать их с земными. Особое внимание уделяется поиску планет, которые обладают достаточно глубоким океаном, континентами и признаками тектоники плит. Также важно провести моделирование геологических процессов на различных планетах с разными условиями.

Если ВЦК действительно редки, как это влияет на наше отношение к Вселенной?

Этот вывод может привести к переосмыслению нашего места во Вселенной. Если мы действительно одиноки или одна из немногих цивилизаций, то это налагает на нас огромную ответственность за сохранение жизни и развития на Земле. С другой стороны, осознание редкости разумной жизни может усилить интерес к исследованию космоса и поиску любых, даже самых примитивных, форм жизни.

Что будет, если мы найдем жизнь на другой планете, но она будет простой и неразумной?

Это будет не менее важным открытием, чем нахождение разумной жизни. Это подтвердит нашу гипотезу о широком распространении жизни во Вселенной. Мы сможем изучить механизмы ее возникновения и развития в других условиях, что даст нам ценнейшую информацию о биологии и эволюции. Это также укрепит надежду на возможность обнаружения более сложных форм жизни в будущем.