地球は何十億年もの間居住可能であり続けました–正確にどれほど幸運でしたか?

地球は何十億年もの間居住可能であり続けました–正確にどれほど幸運でしたか? xtock /シャッターストック

進化が必要 3億年または4億年 生成する ホモサピエンス。 気候がその時に一度だけ完全に失敗したならば、進化は突然停止し、私たちは今ここにいないでしょう。 ですから、私たちがどのようにして地球上に存在するようになったのかを理解するには、地球が何十億年もの間、どのようにして生命に適合し続けたのかを知る必要があります。

これは些細な問題ではありません。 現在の地球温暖化は、気候が数世紀の間にかなり変化する可能性があることを示しています。 地質学的なタイムスケールでは、気候を変えるのはさらに簡単です。 計算によると、地球の気候は、わずか数百万年で氷点下または沸騰以上の温度に悪化する可能性があります。

また、生命が最初に進化して以来、太陽は30%明るくなっていることもわかっています。 理論的には、海が沸騰していなかったとすれば、これにより海は沸騰するはずでした。 一般に 初期の地球で凍った–これは「かすかな若い太陽のパラドックス」。 しかし、どういうわけか、この居住性のパズルは解決されました。

科学者はXNUMXつの主要な理論を考え出しました。 XNUMXつ目は、地球がサーモスタットのようなものを所有している可能性があるということです。これは、気候が致命的な温度にまでさまよっているのを防ぐフィードバックメカニズムです。

XNUMXつ目は、多数の惑星のうち、運が良ければ成功する惑星もあるかもしれませんが、地球もそのXNUMXつです。 このXNUMX番目のシナリオは、太陽系外の多くの惑星の最近の数十年の発見によって、よりもっともらしくなります–いわゆる 外惑星。 遠方の星の天文観測は、多くの惑星がそれらを周回していること、そしていくつかは生命に適した温度が理論的に可能であるようなサイズと密度と軌道距離を持っていることを私たちに教えてくれます。 少なくともあると推定されています 2億のそのような候補惑星 私たちの銀河だけで。

地球は何十億年もの間居住可能であり続けました–正確にどれほど幸運でしたか? 多くの太陽系外惑星があります…しかし、どれだけが安定した気候を持っていますか? ジュリックピーター/シャッターストック

科学者たちは、これらの太陽系外惑星に旅行して、それらのいずれかが地球のXNUMX億年の気候安定性と一致しているかどうかを調査したいと考えています。 しかし、最も近い太陽系外惑星でさえ、星を周回しているもの プロキシマケンタウリ、XNUMX光年以上離れています。 観察的または実験的な証拠を入手するのは困難です。

代わりに、モデリングを通じて同じ質問を検討しました。 地球だけでなく、一般的な惑星の気候進化をシミュレートするように設計されたコンピュータープログラムを使用して、私は最初に 100,000の惑星を生成しました、それぞれがランダムに異なる気候フィードバックのセットを持っています。 気候フィードバックは、気候変動を増幅または減少させる可能性のあるプロセスです。たとえば、北極圏で海氷が溶けて、日光を反射する氷が日光を吸収する外洋に置き換わり、それがさらに温暖化と融解を引き起こします。

これらの多様な惑星のそれぞれが巨大な(地質学的)タイムスケールにわたって居住可能であり続ける可能性を調査するために、私はそれぞれ100回シミュレーションしました。 惑星が異なる初期温度から始まり、ランダムに異なる一連の気候イベントにさらされるたびに。 これらのイベントは、破局噴火などの気候変動要因を表しています( ピナツボ山 しかし、はるかに大きい)と小惑星の衝突(恐竜を殺したもののように)。 100回の実行のそれぞれで、惑星の温度は、熱くなりすぎたり、冷たすぎたり、3億年も生き残るまで追跡されました。その時点で、惑星はインテリジェントな生活のためのるつぼの可能性があると見なされました。

地球は何十億年もの間居住可能であり続けました–正確にどれほど幸運でしたか? 気候変動:フィリピンでの1991年のピナツボ山の噴火は、大気中に大量の灰を吹き付けたため、地球の気温は一時的に0.6℃低下しました。 SRAブレイズリポウスキー/ピクリル

シミュレーション結果は、少なくともフィードバックと運の重要性の観点から、この居住性の問題に対する明確な答えを提供します。 惑星が非常に強力な安定化フィードバックを持ち、ランダムな気候イベントに関係なく、100,000回すべて居住可能であるということは非常にまれでした(実際、100回のうち100回だけ)。 実際、少なくとも3回は居住可能であったほとんどの惑星は、XNUMX回のうちXNUMX回未満し​​か居住できませんでした。惑星がXNUMX億年間居住可能であったシミュレーションのほぼすべての機会で、それは部分的に運にかかっていました。 同時に、運だけでは不十分であることが示されました。 フィードバックがまったくないように特別に設計された惑星は、居住可能であり続けることはありませんでした。 気候イベントに悩まされたランダムウォークは、コースが続くことはありませんでした。

地球は何十億年もの間居住可能であり続けました–正確にどれほど幸運でしたか? シミュレーションの繰り返し実行は同一ではありませんでした。1,000の異なる惑星がランダムに生成され、それぞれが3回実行されました。 (a)XNUMX回目の実行の結果、(b)XNUMX回目の実行の結果。 緑の円は成功(XNUMX億年間居住可能)と黒の失敗を示しています。 トビー・ティレル, 著者提供

結果が一部フィードバックと一部運に依存するというこの全体的な結果は堅固です。 モデリングに対するあらゆる種類の変更は、モデリングに影響を与えませんでした。 したがって、含意によって、地球はいくつかの気候安定化フィードバックを持っている必要がありますが、同時に 幸運 また、居住可能であることに関与していたに違いありません。 たとえば、小惑星や太陽フレアが以前よりもわずかに大きかった場合、またはわずかに異なる(より重要な)時間に発生した場合、私たちはおそらく今日地球上にいないでしょう。 それは、なぜ私たちが地球の驚くべき、非常に拡張された、進化し多様化し、それが私たちを生み出した点までますます複雑になっている生命の歴史を振り返ることができるのかについて異なる見方を与えます。会話

トビー・ティレル教授が彼の研究について語ります。

著者について

トビー・ティレル、地球システム科学教授、 サザンプトン大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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