«Ми показуємо, що Земля утворилася в результаті дуже швидкого накопичення дрібних камінчиків розміром міліметр. За цим механізмом Земля утворилася всього за кілька мільйонів років. На основі наших висновків виявляється, що наявність води на Землі є побічний продукт його формування», — каже Мартін Біззарро, професор Інституту Глобус і один із дослідників, які стоять за новим дослідженням.

Результати дослідження не тільки показують, що Земля була створена набагато швидше, ніж вважалося раніше, але й те, що наявність води є передбачуваним результатом процесу її формування. Це важливе знання, оскільки воно говорить нам дещо про планети за межами нашої Сонячної системи.

«Завдяки цьому новому механізму утворення планет шанси на наявність придатних для життя планет у галактиці набагато вищі, ніж ми думали раніше», — каже Мартін Біззарро.

Життєздатність — це потенціал планети мати на своїй поверхні потрібні інгредієнти для розвитку життя. Одним з ключових інгредієнтів для проживання є вода.

«Люди тривалий час сперечалися про те, як утворюються планети. Одна з теорій полягає в тому, що планети утворюються в результаті поступового зіткнення тіл, поступово збільшуючи свій розмір протягом 100 мільйонів років. За цим сценарієм наявність води на Землі потребуватиме свого роду випадкова подія”, – каже доцент Мартін Шиллер, який також стоїть за новим дослідженням.

Прикладом цього може бути, якби комети, які є крижаними тілами, бомбардували поверхню Землі наприкінці її формування.

«Якщо Земля була сформована саме так, то це велике щастя, що у нас є вода на Землі. Це робить шанси, що вода є на планетах за межами нашої Сонячної системи, дуже низькими», — каже Мартін Шиллер.

Натомість дослідники, які стоять за новим дослідженням, пропонують нову теорію про те, як була створена Земля.

«Навколо молодого сонця був диск, де росли планети. Диск був наповнений дрібними частинками пилу. Коли планета досягає певного розміру, вона діє як пилосос, дуже швидко всмоктуючи весь цей пил. це змушує його вирости до розміру Землі лише за кілька мільйонів років», – каже доктор філософії. студент Ісаак Оньєтт, який є відповідним автором дослідження.

Це всмоктування дрібних частинок пилу не тільки відіграло важливу роль у формуванні Землі, але й забезпечило доставлення води на нашу планету.

«Диск також містить багато крижаних частинок. Коли ефект пилососа втягує пил, він також захоплює частину льоду. Цей процес сприяє присутності води під час формування Землі, а не покладається на випадкову подію, яка доставляє воду 100 мільйони років потому», — говорить Ісаак Оньєтт.

З новими знаннями та розумінням механізмів існує набагато більше шансів, що вода буде присутня на інших планетах.

«Ця теорія передбачила б, що щоразу, коли ви сформуєте планету, подібну до Землі, на ній буде вода. Якщо ви підете в іншу планетну систему, де є планета, що обертається навколо зірки розміром із Сонце, тоді на планеті має бути вода, якщо вона знаходиться на правильній відстані”, – каже Мартін Біззарро.

Дослідники використовували ізотопи кремнію як інструмент для розуміння механізмів і часових масштабів формування планет. Проаналізувавши ізотопний склад понад 60 різних метеоритів і планетних тіл, дослідники змогли встановити генетичні зв’язки між скелястими планетами, такими як Земля і Марс, та іншими небесними об’єктами. Цей підхід дозволив дослідникам визначити тип будівельних блоків, які зібралися, щоб утворити Землю, і процес, за допомогою якого вони об’єдналися. Джерело

Звичайно, поки що не існує прямих способів побачити ядро ​​Землі – найглибша яма, яку люди колись викопували, досягає вглиб лише 12 263 метрів, що ще дуже далеко до прориву нижніх шарів земної кори (від 35 000 до 45 000 метрів). Проте вчені вже навчилися складати карти надр планети за допомогою сейсмічної томографії, що фіксує хвилі енергії під час землетрусів. І це іноді вистачає для неймовірних відкриттів.

Завдяки цьому методу виявили дві великі та дивні структури, названі великими областями з низькою швидкістю зсуву (LLSVP). Одну з них назвали “Тузо” (Tuzo). У висоту вона сягає майже 800 кілометрів, що майже 90 Еверестів.

Враховуючи, що ці об’єкти щільніші за навколишню мантію, вони напевно складаються з іншого матеріалу. Але геологи поки що не можуть його визначити. Даних сейсмічної томографії поки що не вистачає навіть для розрахунку щільності.

В рамках однієї з гіпотез, LLSVP – це купи океанічної кори, які накопичувалися протягом мільярдів років.

Інша версія припускає, що ці породи можуть бути залишками стародавньої планети Тейя (Theia). Приблизно 4,5 мільярда років тому вона нібито зіткнулася із Землею, внаслідок чого сформувався Місяць. Тепер звучать припущення, що деякі її уламки застрягли в земній мантії, а не відлетіли в далекий космос.

Нещодавнє дослідження, опубліковане цими дослідниками в Nature Climate Change, показало, що Атлантична меридіональна поворотна циркуляція та Південна меридіональна поворотна циркуляція можуть сповільнитися до 42% до 2100 року. Найгірший сценарій моделювання навіть припускає, що SMOC може повністю припинитися до 2300.

«Аналіз прогнозів 36 моделей системи Землі в різних кліматичних сценаріях показує, що неконтрольоване глобальне потепління може призвести до припинення глибоководної циркуляції в океані», — сказав співавтор Дж. Кіт Мур, професор кафедри науки про Землю UCI. «Це буде кліматична катастрофа, подібна за масштабами до повного танення льодовикових покривів на суші».

Важливість перекидання циркуляції

В Атлантиці, коли тепла вода тече поверхнею на північ, вона охолоджується та випаровується, роблячи її солонішою та щільнішою. Ця важча вода занурюється в глибокий океан і прямує на південь, де зрештою підійматися, несучи з глибини поживні речовини, які є харчовою основою морських екосистем.

Крім того, циркуляція океану, що охоплює земну кулю, створює потужну фабрику з перероблювання атмосферного вуглекислого газу. Основна фізична та хімічна взаємодія морської води та повітря – те, що Мур і його колеги називають «насосом розчинності» – втягує CO2 в океан. У той час як океанська циркуляція посилає частину вуглецю назад в небо, його чиста кількість поглинається в океанських глибинах.

Крім того, виникає «біологічний насос», оскільки фітопланктон використовує CO2 під час фотосинтезу та формування карбонатних оболонок. Коли планктон і більші тварини гинуть, вони тонуть, повільно розкладаючись і вивільняючи вуглець і поживні речовини на глибині. Частина повертається вгору з циркуляцією та підйомом, але частина залишається насипаною під хвилями.

«Порушення циркуляції зменшить поглинання океаном вуглекислого газу з атмосфери, посилюючи та подовжуючи умови жаркого клімату», — сказав Мур. «З часом поживні речовини, які підтримують морські екосистеми, все більше потраплятимуть у глибоководний океан, що призведе до зниження біологічної продуктивності глобального океану».

За словами Мура, люди залежать від насоса розчинності та біологічного насоса, які допомагають видалити частину CO2, що викидається в повітря через спалювання викопного палива, практику землекористування та інші види діяльності.

«Наш аналіз також показує, що скорочення викидів парникових газів зараз може запобігти повному припиненню глибокої циркуляції в майбутньому», — сказав він. Джерело

Ця спільна місія NASA та Французького національного центру космічних досліджень підтримується унікальним альянсом учених Землі, які прагнуть відповісти на ключові питання про повені, кліматичні моделі та наше майбутнє водопостачання. Супутник зможе бачити крізь грозові хмари та точно вимірювати висоту паводкових вод, коли наземні датчики занурені. Якщо країна відмовляється ділитися інформацією про використання води вздовж річки, космічний корабель зможе надати її замість цього.

SWOT призначений для спостереження за планетою з безпрецедентною точністю та частотою, повертаючи масиви даних, щоб допомогти вченим і політикам планувати повені, посухи та підвищення рівня моря.

Вчені кажуть, що місія вартістю 1,2 мільярда доларів може змінити наше розуміння води на Землі так само істотно, як мікроскоп змінив наше уявлення про людське тіло.

«Можливості настільки безмежні, що я майже не впевнений, з чого почати», — сказав Тамлін Павелскі, глобальний гідролог з Університету Північної Кароліни в Чапел-Хілл і науковий керівник місії з гідрології. «Це все одно, що бити піньяту бейсбольною битою, і звідти висипаються всі ці цукерки, а ти просто не знаєш, що схопити першим».

Попередні супутники спостерігали або за океанами, або за прісною водою. SWOT буде першим спостерігати за обома. Ця місія є результатом спільних зусиль в океанографії та гідрології — двох споріднених наукових дисциплінах, які часто відокремлюються.

«Весь колообіг води дійсно важливий для розуміння того, як зміна клімату впливає на процеси на поверхні Землі — і не лише на транспортування води, а й тепла», — сказав Патрік Барнард, директор з досліджень Тихоокеанського узбережжя та морських наук Геологічної служби США. Центр у Санта-Крус, який не пов’язаний з місією.

За його словами, дані, зібрані за допомогою SWOT, «суттєво покращать наше розуміння не лише кліматичних змін, але й мінливості клімату, а також того, як це впливає на посухи та такі речі, як мусони».

Основним інструментом супутника є радарний інтерферометр Ka-діапазону або KaRIn. Супутник надсилає радіохвилі, і KaRIn записує, скільки цієї енергії повертається до супутника та скільки часу потрібно, щоб прибути. У поєднанні з іншими вимірюваннями ці зворотні сигнали повідомляють супутнику, чи відчуває він воду, і висоту поверхні цієї води.

Після того, як у червні запрацює повністю, SWOT буде досліджувати все між Північним Льодовитим океаном і Антарктидою принаймні раз на 21 день. Початкова місія триватиме три роки.

«Зараз у нас є супутники, які можуть сказати нам, де знаходиться вода, і у нас є супутники, які можуть сказати нам, яка висота води, але у нас немає супутників, які могли б ефективно виконувати обидві ці дії одночасно. Це вбивча річ, яку може зробити KaRIn”, – сказав Павельський. «Це перетворює світову воду з 2D на 3D».

Що стосується прісної води, то SWOT забезпечить перше всебічне дослідження мережі річок, озер і струмків планети, які занадто численні — і часто надто віддалені — для постійного моніторингу з землі. Джерело

Щоб знайти ці докази, дослідники глибоко дослідили  існуючи палеокліматичні дані, зібрані за останні 66 мільйонів років, застосувавши математичне моделювання, щоб визначити, чи можуть коливання середніх температур Землі обмежуватися одним або кількома факторами.

«У вас є планета, клімат якої зазнав багатьох драматичних зовнішніх змін», — каже кліматолог Константін Арншайдт з Массачусетського технологічного інституту (MIT). «Чому життя вистояло весь цей час?» «Одним з аргументів є те, що нам потрібен якийсь механізм стабілізації, щоб підтримувати температуру, придатну для життя. Але дані ніколи не демонстрували, що такий механізм постійно контролює клімат Землі».

Команда вважає, що силікатне вивітрювання є вирішальним механізмом тут: оскільки силікатні породи вивітрюються та руйнуються з часом, глибші шари мінералу постійно піддаються впливу атмосфери. Хімічні реакції з силікатами витягують вуглекислий газ з атмосфери, затримуючи його в каменях і океанських осадах. Більш високі рівні вуглекислого газу, що надходить в атмосферу, посилюють вивітрювання, збільшуючи кількість відкритих силікатів, які, своєю чергою, видаляють більше парникових газів з атмосфери, обмежуючи майбутнє вивітрювання.

Звичайно, часові масштаби стабілізації температури збігаються з часовими масштабами, на яких діє силікатне вивітрювання, приблизно до 400 000 років. Записи, залишені скам’янілостями та кернами льоду, свідчать про те, що це вивітрювання справді тримає температуру під контролем.

Дослідники припускають, що без цього геологічного механізму зворотного зв’язку наша планета зазнавала б коливань температури, які ставали б усе більш екстремальними. Знання того, як це працює, має вирішальне значення для розуміння минулого планети та її майбутнього.

«Певною мірою це схоже на те, що ваша машина мчить вулицею, і коли ви натискаєте на гальма, ви довго ковзаєте, перш ніж зупинитися», — каже геофізик Даніель Ротман з MIT. «Існує часовий масштаб, протягом якого спрацьовує опір тертю або стабілізаційний зворотний зв’язок, коли система повертається до стабільного стану».

Однак відбувається дещо інше: коли команда розглядала довші часові масштаби, понад мільйон років, таких стабілізаційних зворотних зв’язків у даних не спостерігалося. Цілком ймовірно, що випадковість все ще відіграє велику роль у тому, чому життя триває. Дослідники прийшли до висновку, що хоча силікатного вивітрювання достатньо, щоб забезпечити стабілізацію у (відносно) короткостроковій перспективі, нам пощастило, що коливання температури протягом тривалих періодів не були настільки серйозними, щоб перервати цю петлю зворотного зв’язку.

Звичайно, знахідки також впливають на прогнози щодо майбутнього планети. Цілком імовірно, що життя на Землі зможе витримати будь-яку шкоду, завдану їй людьми, але ми можемо не пробути тут достатньо довго, щоб побачити це.

«З одного боку, це добре, тому що ми знаємо, що сьогоднішнє глобальне потепління врешті-решт буде нівельоване цим стабілізаційним зворотним зв’язком», — каже Арншайдт. «Але з іншого боку, для цього знадобляться сотні тисяч років, тому недостатньо швидко, щоб розв’язувати сьогоднішні проблеми». Джерело