A radioaktív elemek mennyiségétől függhet egy bolygó lakhatósága

5776

A későbbi lakhatóság szempontjából meghatározó lehet, hogy kialakuláskor mennyi hosszú felezési idejű radioaktív elem halmozódik fel a kőzetbolygókban, a UC Santa Cruz kaliforniai egyetem kutatóinak új tanulmánya szerint. A nehéz elemek, tórium és urán bomlása közben felszabaduló hő hajtja a lemeztektonikát, illetve lehetséges, hogy a bolygó mágneses terének generálásához is szükséges. Ez utóbbi a lakhatóság miatt is különösen fontos, minket a Föld mágneses tere véd meg a napszél és a kozmikus sugárzás káros hatásaitól.

Háromféle kőzetbolygó illusztrációja, eltérő mennyiségű radioaktív elemek bomlásából származó belső hővel. A középső Föld-szerű bolygót ábrázol, lemeztektonikával és a mágneses teret generáló belső dinamóval. A felsőben több a radiogén fűtés, extrém aktív rajta a vulkanizmus, de nincs se dinamója, se mágneses tere. Az alsó bolygóban kevesebb a radioaktív elem, geológiailag “halott”, nincs rajta vulkáni aktivitás. (Illusztráció: Melissa Weiss)

A Föld olvadt, magas vastartalmú külső magjában folyó áramok hozzák létre a mágneses teret, ez a geodinamó (más effektusok is hozzájárulnak, de mai ismereteink szerint ez a folyamat a meghatározó). A Föld radioaktív elemkészletéből bőven származik elegendő hő ennek a geodinamónak a folyamatos működéséhez. Az Astrophysical Journal Letters nemzetközi tudományos folyóiratban megjelent eredmények szerint a különböző bolygók más és más mennyiségű radioaktív elemet halmoznak fel kialakulásuk során. A Földet alapul véve modelljükben változtatták a belső radiogén fűtés mennyiségét, hogy megvizsgálják az eltérő értékek hatásait.

Ha ez a fűtés több, mint a Földön, a bolygó nem tudja tartósan működtetni dinamóját. A tórium és urán java része a köpenybe kerül, a köpenyben kialakuló túl sok hő pedig szigetelőként viselkedve megakadályozza, hogy az olvadt mag a konvektív mozgások (és így a mágneses tér) generálásához szükséges sebességgel hőt veszítsen. Nagyobb mennyiségű radiogén fűtés jóval aktívabb vulkanizmust is eredményez, melyek gyakori nagy kihalási eseményeket okozhatnak. Ugyanakkor, ha ez a bomláshő túl kevés, akkor nincs vulkanizmus, a bolygó geológiailag “halott” lesz.

Lakhatóság

Régóta feltételezték, hogy a belső fűtés hajtja a lemeztektonikát, ami szükséges a szén áramlásához és a geológiai aktivitáshoz (mint például vulkanizmus), elvezetve minket a légkör kialakulásához. Az atmoszféra megtartása a mágneses térhez is köthető, melyet szintén a belső hő hoz létre. Ha egy bolygónak nincsen mágneses tere, a csillagokból származó, gyorsan mozgó részecskeáramok fokozatosan le tudják bontani a légkörét.

Feltehetőleg a Mars esetében is a mágneses tér hiánya és a kicsi gravitáció lehet az oka, hogy nem tudta megőrizni vaskosabb légkörét. A múltban valószínűleg folyékony víz is lehetett a felszínén, de a mágneses tér védelmezése nélkül jóval több sugárzás jut le a felszínre, kevésbé barátságos hellyé változtatva a bolygót.

A korai Mars légkörének illusztrációja (jobb), a mai rideg, száraz állapotokhoz képest (bal). (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center)

A radiogén fűtéshez elengedhetetlen nehéz elemek neutroncsillagok összeolvadásakor keletkeznek, amik extrém ritka események. Mivel ezeknek a nehéz elemeknek a bolygókban, csillagokban levő mennyisége attól függ, mennyire közel alakultak ki egy ilyen ritka eseményhez, jelentős eltérésekre számítunk.

A csillagokban és bolygókban levő, különböző elemek gyakoriságát spektroszkópiai mérésekkel lehet megállapítani. Az azonos csillag körül keringő bolygókat vizsgálva hasonló eredményekre számítunk (hiszen feltehetőleg ugyanabban a környezetben alakultak ki – eltekintve a befogott bolygóktól). A csillagokban könnyen megfigyelhető, a Földön nagyon ritka európiumot ugyanaz a folyamat hozza létre, mint a két leghosszabb felezési idejű radioaktív elemet, a tóriumot és az uránt, így az európium mérésével tanulmányozhatjuk ezeknek az elemeknek a gyakoriságát a galaxisunk csillagaiban és bolygóiban is.

Természetes skála

A galaktikus környezetünkben sok csillagban megmérték már az európium mennyiségét, az eredményekből pedig meghatároztak egy természetes tartományt. A Nap összetétele ennek a skálának a közepén helyezkedik el – vannak csillagok fele ennyi európiummal, de kétszer ennyivel is.

A radiogén fűtés fontossága és változatossága sok új kérdést vet fel az asztrobiológia területén is. A probléma összetett, mert a skála mindkét vége összefügg a lakhatósággal. Elegendő bomláshőre van szükség ahhoz, hogy létrejöjjön és fennmaradjon a lemeztektonika, de nem annyira sok, hogy leálljon a mágneses dinamó. A végső célunk olyan helyek felkutatása, melyek alkalmasak lehetnek az élet fenntartásához – az urán és a tórium gyakorisága pedig úgy tűnik, hogy kulcsfontosságú lehet ebben a kérdésben.

Forrás: UCSC

Hozzászólás

hozzászólás