Elinkelpoista planeettaa rakentamassa

Kirsi ja Ari

10.4.2022

Planeetan elinkelpoisuutta kuvataan yleisesti yhdellä yksinkertaisella parametrilla eli sillä, sijaitseeko se keskustähtensä elinkelpoisella vyöhykkeellä. Tällä elämänvyöhykkeellä tarkoitetaan sellaista etäisyyttä tähteen, missä planeetalle tuleva säteilyenergia riittää pitämään veden nestemäisessä muodossa. Sula vesi ei tietysti yksinään riitä ja tarvitaan kuitenkin paljon muutakin, ennen kuin avaruudessa viipottavalle kivenmurikalle – kuten maapallolle – on voinut syntyä elämää.

Havainnekuva, jossa on karkeasti esitetty oman Aurinkokuntamme elinkelpoinen vyöhyke. Maa ja Mars sijaitsevat sillä. Auringon muuttuessa punaiseksi jättiläiseksi tulevien vuosimiljardien aikana elämänvyöhyke siirtyy kohti Jupiteria ja Saturnusta.

Elämänvyöhykkeellä oikeanlaisen tähden kainalossa

Emotähden purkausaktiivisuudella on suuri vaikutus elinkelpoisen vyöhykkeen syntymiseen. Jos aktiivisuus on suuri, pitävät tähden säteilyroihut huolen siitä, että elämän syntyminen on vähintäänkin hankalaa. Toisaalta, tämä ongelma koskee lähinnä punaisten kääpiöiden ympärillä kiertäviä planeettoja. Suurten jättiläistähtien ympärillä ongelmana taas on näiden lyhyt elinikä, joka ei antaisi eliökunnalle riittävästi aikaa syntyä, tai ainakaan kehittyä. Parhaita, turvallisimpia ja kohtalaisen pitkäkestoisia elinympäristöjä löytyykin keskisuurten nk. G -ja K-spektriluokan tähtien ympäriltä.

G-luokan tähdet ovat massaltaan noin Auringon luokkaa ja niitä leimaa hyvä valovoimaisuus, joka on suurempi kuin suurimmalla osalla Linnunradan tähdistä. Meillä täällä Maassa asiat ovat sijainnin suhteen hyvin: majailemme lempeän G-luokan tähden elämänvyöhykkeen keskivaiheilla eikä meidän tarvitse huolestua säiteilyroihuista.

Elämän rakennusaineita sopivassa suhteessa

Pelkkä sijainti elämänvyöhykkeellä ei riitä tekemään planeettamme olosuhteita elinkelpoisiksi. Elämä tarvitsee ympäristöönsä vettä, hiilidioksidia ja muita orgaanisen kemian rakennusaineita.

Sekunti painovoiman jälkeen. Metsäretki on saanut kepeän käänteen ennen kuin ilmakehä, puut ja muu ympäröivä luonto katoavat avaruuden syövereihin.

Planeetalla pitää olla painovoima, joka pitää sen ympärillä sopivan paksuisen ilmakehän. Ilmakehä ei saa olla liian suuri (jolloin vesi jäätyisi), eikä liian pieni (tällöin vesi hajoaisi hapeksi sekä vedyksi ja vety haihtuisi avaruuteen). Vaikka tällainenkin planeetta saattaisi myöhemmin tuottaa hapelliset, aerobiselle elämälle kelvolliset olosuhteet, kannattaa muistaa, että happipitoisuus ei yksinään ole elinkelpoisuuden indikaattori. Lisäksi happi estäisi tässä tapauksessa elämän syntykemian etenemisen.

Stabiilia ja oikeankokoista ilmakehää tarvitaan pitämään yllä sopivan kokoista ilmanpainetta. Siinä täytyy olla myös sopiva määrä kasvihuonekaasuja, jotka pitävät planeetan ilmastoa ja lämpötilaa sopivasti sulan veden alueella. Maa-planeetalla kasvihuonekaasujen lämmittävä vaikutus on tällä hetkellä noin 30°C, ja ilman niitä tämä olisi pysyvästi paksun jään peitossa oleva planeetta sekä todennäköisesti elinkelvoton.
Tärkein kaasu

Paitsi ilmastosyistä, hiilidioksidia tarvitaan ilmakehässä myös eliökunnan rakennusaineiksi. Molemmista syistä on tärkeää, että sen pitoisuus ilmakehässä pysyy jotakuinkin vakaana. Tämäkään ei kuitenkaan ole itsestään selvää; jos planeetalla on runsaasti vettä (meriä), hiilidioksidi liukenee veteen. Se muodostaa mineraali-ionien kanssa karbonaatteja, jotka saostuvat merien pohjalle.

Tällainen poistuma voi vähitellen viedä tämän välttämättömän hiilivaraston kokonaan merenpohjan sedimentteihin, jonka seurauksena planeetta alkaa viilentyä kohti jäisiä lämpötiloja (tämä mekanismi on voinut hävittää osan Marsin ilmakehästä). Toisaalta, jos planeetalla ei ole meriä, jotka absorboisivat pois ylimääräistä hiilidioksidia (tai jos lämpötila on jo noussut niin ylös, että myös kaikki vesi on kaasumaisessa muodossa), suuri osa maankuoren hiilestä päätyy vähitellen ilmakehään kaasumaiseen muotoon tulivuorenpurkausten kautta.

Tilanteessa, jossa hiili on päätynyt ilmakehään syntyy suuri ja hallitsematon kasvihuoneilmiö. Tällöin planeetan pintakerrokset lämpenevät liian kuumaksi. Näin on käynyt esimerkiksi Venuksella, jonka keskimääräinen pintalämpötila on 464°C!

Neuvostoliitto tutki Venusta 1970- ja 80-lukujen aikana. Kuvassa on taiteilijan näkemys Neuvostoliiton Venera-luotaimesta, joka laskeutui planeetan pinnalle ottaen ainoat sieltä olevat kuvat. Luotain tuhoutui kovassa kuumuudessa. Piirros: Reimund Bertrams.

Laatat liikkeessä

Ainoastaan Maassa on toiminnassa hieno, planeetan laajuinen lämmönsäätelyjärjestelmä. Tämä tunnetaan laattatektoniikkana ja se kuljettaa vähitellen meren pohjiin saostuneita hiiliyhdisteitä syvälle maan vaippaan. Sieltä ne taas aikanaan vapautuvat tulivuorten kautta takaisin ilmakehään. Tämä suuri hiilen kierto pitää planeetan ilmakehän kaasukoostumusta suhteellisen vakaana.

Maan eri kerrokset. Esimerkiksi Marsissa on ajateltu olevan myös ydin, vaippa ja kuori, mutta siellä ei ole laattatektonista toimintaa.

Laattatektoniikan syntymekanismia ei tarkkaan tunneta, mutta sen oletetaan riippuvan Maan kuoriosan paksuudesta, lämpötilasta ja koostumuksesta. On esitetty, että alkumaan aikoihin useita miljardeja vuosia sitten – jolloin täällä velloi vielä magmameriä – raskaammat alkuaineet alkoivat vajota kohti Maan ydintä kevyempien pysytellessä paikoillaan tai kohotessa. Tätä prosessia nimitetään differentaatioksi.

Alkuaineiden erottumisen myötä käynnistyivät yhdessä jäähtyvän kuoren kanssa nk. konvektiovirtaukset. Virtausten avulla varhainen Maa jäähdytti itseään (meillähän ei enää ole laavameriä) ja toisaalta ne johtivat myös siihen, että jäähtyneet kuorenpalaset yhdessä vaipan yläosien kanssa muodostivat litosfäärin ja alkoivat liikkua planeettamme pinnalla. Liikettä on tosin hankala havaita silmällä, sillä se on ainoastaan joitain senttejä vuodessa.

Tektoniikan esiintymisestä millään muulla planeetalla ei ole havaintoja (ehkä Marsissa esiintynyt hiukan, ihan sen alkuaikoina).

On tosiaankin onnellista sattumaa että meillä on NÄIN hieno planeetta asuttavana – tai no, ei tietenkään sattumaa, vaan ihan välttämättömyys, sillä ilman kaikkia näitä seikkoja emme olisi täällä olemassa, tai suremassa niiden puuttumista. Sen sijaan, jos täältä joskus lähdemme jonnekin muualle asustamaan, niin kyllä näitä kaikkia luonnonoikkuja tulee hyvin pian ikävä.

Keskustelu

Yksi vastaus artikkeliin “Elinkelpoista planeettaa rakentamassa”

  1. Leo Sell sanoo:

    Nuo ”jäähtyneet kuorenpalaset” kuten hyvin pelkistit – ne ilmeisesti syntyivät jo Hadeeisen aikakauden lopuilla. Tällöin kaikki ”purkausenergia”, joissa mafinen ja ultra-mafinen basaltti sulatilassa on jo alkanut muodostaa laavataskuja, ”plumeja”, kohoaa jäähtyvän kuoren lävitse. Se synnyttää n.10000 – 30000-barin paineella yhä uutta mannerta, mutta vertikaalisesti eli suoraan ylöspäin. Pintaa kohti noustessaan se matkallaan muodostaa laavataskuja ja kanavia. Uudet jäähtymäalueet muodostavat Maan vanhinta kallioperää, joka tunnetaan Kratoneina – kraateri-aukeina – ja joita on paikannettu n.35 kpl. Tällainen mannermuodostus aloitti ilmeisesti kuorrettumisen. Nykyisin juuri nämä Kratonialueet ovat niitä kaikkein paksuimpia jotain 70km-luokkaa ja sijaitsevat näiden nykyisten horisontaalisesti konvektiovirtausten mukana ajelehtivien laatojemme muinaisjäänteinä niiden sisäosissa. Tunnetuimpia ovat Pilbara- Kratoni Australiassa, Kaapvaal-kratoni Etelä-Afrikassa ja Kanadan maakilven kratonit, kuten Isua-Greenstone Belt. Näiden aikoinaan esille tuoma vihertävä ultra-mafinen ”pohjabasaltti” on niin harvinaista, ettei yksikään nykytulivuori enää syydä sitä kidastaan.

    Ensimmäisiä mineraalikiteytymiä olivat näiden nykyisinkin syvälle kurkottavien Kratonien laavapalkkijuurien ja valtavien paineiden tuottamina hiili-kondriitti-jäänne-kiteytyminä – timantit! Niitähän mm. Etelä-Afrikasta tunnetusti löytyy. Ne ovat suunnilleen zirkonikiteytymien aikaisia. Nykyiset kivilajit joita pii-yhdisteet hallitsevat silikaatteina, syntyivät vuorovaikutuksissa muuntuvan ilmakehän kanssa alun sula-magman eri atomilajike-yhdistelmistä. Ollessaan vanhimpia kiinteitä muodostumia ovat nämä kratoni-seudut myös niitä, joista on voitu etsiä myös varhaisimman elämän ensiaskeleita. ”Ensiksi jäähtyneiden kuorenpalasten” kerrostumista pyyhimme vanhimpia toistaiseksi tuntemiamme alkuaikojen pölyjä mm. menetelmin, joissa tietokonetomografian (TT) avulla tuotamme poikkileikkaus-siivuista 3D-mallinnoksia elollisten jäännösten ”sisätiloista”, myös onkaloista. Näin Maapallolla – mutta mikäli löydämme täältä sen ”aloituskipinän”, on helpompi etsiä sitä muualta – varsinkin, mikäli se osoittautuu kyllin ”avaraksi”, kuten itse otaksun.

Vastaa käyttäjälle Leo Sell Peruuta vastaus

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *