Quando cercano pianeti extra-solari potenzialmente abitabili, gli scienziati sono in qualche modo limitati dal fatto che conosciamo solo un pianeta dove esiste la vita (cioè la Terra). Per questo motivo, gli scienziati cercano pianeti terrestri (cioè rocciosi), orbitano all'interno delle zone abitabili della loro stella e mostrano segni di biosignature come l'anidride carbonica atmosferica, che è essenziale per la vita come la conosciamo.
Questo gas, che è in gran parte il risultato dell'attività vulcanica qui sulla Terra, aumenta il calore superficiale attraverso l'effetto serra e cicla tra il sottosuolo e l'atmosfera attraverso processi naturali. Per questo motivo, gli scienziati credono da tempo che la tettonica a zolle sia essenziale per l'abitabilità. Tuttavia, secondo un nuovo studio condotto da un team della Pennsylvania State University, questo potrebbe non essere il caso.
Lo studio, intitolato "Ciclismo del carbonio e abitabilità dei pianeti con coperchio stagnante di dimensioni terrestri", è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Astrobiology. Lo studio è stato condotto da Bradford J. Foley e Andrew J. Smye, due assistenti del dipartimento di geoscienze della Pennsylvania State University.
Sulla Terra, il vulcanismo è il risultato della tettonica delle placche e si verifica quando due piastre si scontrano. Ciò provoca la subduzione, in cui una piastra viene spinta sotto l'altra e più in profondità nel sottosuolo. Questa subduzione trasforma il denso mantello in magma galleggiante, che sale attraverso la crosta fino alla superficie terrestre e crea vulcani. Questo processo può anche aiutare nel ciclo del carbonio spingendo il carbonio nel mantello.
Si ritiene che la tettonica a placche e il vulcanismo siano stati centrali per l'emergere della vita qui sulla Terra, in quanto ha assicurato che il nostro pianeta avesse calore sufficiente per mantenere l'acqua liquida sulla sua superficie. Per testare questa teoria, i professori Foley e Smye hanno creato modelli per determinare quanto sarebbe abitabile un pianeta simile alla Terra senza la presenza della tettonica a zolle.
Questi modelli hanno tenuto conto dell'evoluzione termica, della produzione della crosta e del CO2 andare in bicicletta per limitare l'abitabilità di pianeti rocciosi, stagnanti a dimensione terrestre. Questi sono pianeti in cui la crosta è costituita da un'unica, gigantesca piastra sferica che galleggia sul mantello, piuttosto che in pezzi separati. Si ritiene che tali pianeti siano molto più comuni dei pianeti che sperimentano la tettonica delle placche, poiché non è stato ancora confermato che nessun pianeta oltre la Terra abbia placche tettoniche. Come ha spiegato il prof. Foley in un comunicato stampa della Penn State News:
“Il vulcanismo rilascia gas nell'atmosfera, e quindi attraverso gli agenti atmosferici, l'anidride carbonica viene estratta dall'atmosfera e sequestrata in rocce superficiali e sedimenti. Il bilanciamento di questi due processi mantiene l'anidride carbonica a un certo livello nell'atmosfera, il che è molto importante per il clima temperato e adatto alla vita ".
In sostanza, i loro modelli hanno preso in considerazione la quantità di calore che il clima di un pianeta con coperchio stagnante potrebbe trattenere in base alla quantità di calore e agli elementi che producono calore presenti quando il pianeta si è formato (ovvero il suo budget di calore iniziale). Sulla Terra, questi elementi includono l'uranio che produce il torio e il calore quando decade, che quindi decade per produrre potassio e calore.
Dopo aver eseguito centinaia di simulazioni, che hanno variato le dimensioni e la composizione chimica del pianeta, hanno scoperto che i pianeti stagnanti del coperchio sarebbero stati in grado di mantenere temperature abbastanza calde da consentire all'acqua liquida di esistere sulla loro superficie per miliardi di anni. In casi estremi, potrebbero sostenere temperature che sostengono la vita fino a 4 miliardi di anni, che è quasi l'età della Terra.
Come indicato da Smye, ciò è in parte dovuto al fatto che la tettonica a zolle non è sempre necessaria per l'attività vulcanica:
"Hai ancora vulcanismo sui pianeti con coperchio stagnante, ma è molto più breve rispetto ai pianeti con tettonica a zolle perché non c'è così tanto ciclismo. I vulcani provocano una successione di flussi di lava, che sono sepolti come strati di una torta nel tempo. Rocce e sedimenti si scaldano più in profondità sono sepolti. "
I ricercatori hanno anche scoperto che senza tettonica a zolle, i pianeti stagnanti del coperchio potrebbero ancora avere abbastanza calore e pressione per subire il degassamento, dove il gas di anidride carbonica può fuoriuscire dalle rocce e farsi strada verso la superficie. Sulla Terra, ha detto Smye, lo stesso processo si verifica con l'acqua nelle zone di faglia della subduzione. Questo processo aumenta in base alla quantità di elementi che producono calore presenti nel pianeta. Come ha spiegato Foley:
"Esiste un intervallo ottimale in cui un pianeta sta rilasciando abbastanza anidride carbonica per impedire al pianeta di congelarsi, ma non così tanto che gli agenti atmosferici non possono estrarre l'anidride carbonica dall'atmosfera e mantenere il clima temperato".
Secondo il modello dei ricercatori, la presenza e la quantità di elementi che producono calore erano indicatori di gran lunga migliori per il potenziale di un pianeta di sostenere la vita. Sulla base delle loro simulazioni, hanno scoperto che la composizione o la dimensione iniziale di un pianeta è molto importante per determinare se diventerà abitabile. O come dicono, la potenziale abitabilità di un pianeta è determinata alla nascita.
Dimostrando che i pianeti a coperchio stagnante potrebbero ancora sostenere la vita, questo studio ha il potenziale per ampliare notevolmente la gamma di ciò che gli scienziati considerano potenzialmente abitabile. Quando il James Webb Space Telescope (JWST) è schierato nel 2021, esaminando le atmosfere dei pianeti stagnanti del coperchio per determinare la presenza di biosignature (come la CO2) sarà un importante obiettivo scientifico.
Sapere che molti di questi mondi potrebbero sostenere la vita è sicuramente una buona notizia per coloro che sperano di trovare prove della vita extra-terrestre nelle nostre vite.
