Земная мантия заставила переоценить шансы существования жизни на других планетах

Юн Коренага (Jun Korenaga) из Йельского университета (США) пришёл к выводу, что перемещение литосферных плит, которое считают ключевой особенностью потенциально обитаемых планет, на самом деле нетипичное для планет земного типа явление. Даже на Земле оно является результатом цепи случайных обстоятельств. Поэтому сегодняшние оценки обитаемости той или иной экзопланеты часто могут быть малообоснованны. Статья об этом опубликована в Science Advances. 

Один из основных показателей жизнепригодности планеты — движение её литосферных плит. Оно вызывает постоянное обновление земной поверхности: посреди океанов образуются новые участки плит, а там, где одна плита "наезжает" на другую, старые участки плит погружаются обратно в мантию. Это обеспечивает геохимический цикл углерода, не дающий углекислому газу накапливаться в атмосфере. Без тектоники плит земного типа цикл углерода нарушается и образуется плотная атмосфера из углекислого газа. Это ведёт к тому, что планета перегревается и превращается в безводную пустыню, в которой так жарко, что плавятся металлы. В Солнечной системе именно так случилось с Венерой.

До работы Коренаги учёные связывали тектонику плит с саморегулирующей конвекцией в мантии Земли. Она заключается в том, что тепло, исходящее от распада радиоактивных элементов в мантии, так велико, что конвекция быстро переносит избыточное тепло от центра планеты и мантии к коре. Там тепло рассеивается в атмосферу, и планета охлаждается. Если изначально тепла от распада радиоактивных элементов было мало, конвекция идёт слабо, тепло от центра планеты уходит медленнее. В итоге со временем мантия прогревается достаточно, чтобы конвекция вновь пошла быстрее — в таком темпе, который обеспечивает тектонику плит. То есть саморегуляция заключается в том, что механизм конвекции будет работать вне зависимости от изначальных условий в ядре и мантии планеты.

Юн Коренага отмечает, что на сегодня нет достоверных данных о том, что в недрах Земли содержится достаточное количество радиоактивных элементов, чтобы обеспечить такую саморегулирующуюся конвекцию. Его расчёты показывают: по мере роста температуры вязкость мантии падает достаточно сильно — так, что конвекция на планетах земного типа вообще не может стать саморегулирующейся.  Это значит, что конвекция мантии — процесс не "самонастраиваемый", а строго заданный начальными условиями. Конвекция и тектоника плит запускаются, только если температура планеты к концу её формирования из протопланетных тел оптимальна. В противном случае даже при массе и освещённости, близким к земным, тектоники плит там не будет. Из-за этого потенциально обитаемая планета на деле остаётся безжизненной пустыней.

Большинство твёрдых планет к концу формирования имеют самую разную внутреннюю температуру. Если в конце периода формирования они подвергались множеству столкновений с крупными протопланетными телами, то их мантия может быть разогрета слишком сильно. В противном случае она может быть слишком холодной. В обеих ситуациях тектоника плит не запустилась бы. Такой оборот событий резко снизил бы вероятность существования жизни на Земле. Выводы Коренаги также означают, что на целом ряде крупных твёрдых планет в так называемой зоне обитаемости нормальной тектоники плит не будет, и они, несмотря на своё благоприятное расположение, не станут обитаемыми.