Research Blogging - Astronomy - Polish

Mech i pierwsze wielkie wymieranie

2012-02-06T13:17:02Z

Mchy nie cieszą się jakimś szalonym wzięciem. Szczególnie kopalne. Nie są tak spektakularne jak dinozaury, ani tak popularne jak seks z neandertalczykiem. A jednak, okazuje się, że nie docenialiśmy roli mchu w dziejach Ziemi. Mchy należą do tych roślin, które jako pierwsze zaczęły kolonizację lądów. Razem z wątrobowcami, mchy pojawiły się w środowisku lądowym już 470 mln lat temu, w środkowym ordowiku, przed roślinami naczyniowymi znanymi dopiero z końca ordowiku (ok. 450 - 445 mln lat temu). Oczywiście, były to wciąż tereny dostatecznie wilgotne, ale pierwszy krok został wykonany. Roślina znajdowała się ponad wodą i mogły rozpocząć się subaeralne procesy wietrzeniowe prowadzące do powstania gleb. Koniec ordowiku to także czas pierwszego wielkiego wymierania w dziejach Ziemi. Przyczyny tego wymierania nie do końca są poznane. Postulowano już różne pomysły, m.in. zabójcze promieniowanie gamma pochodzące z wybuchu supernowej w okolicach naszej części galaktyki (Melott et al., 2004). Z drugiej strony, badania geochemiczne pokazują, że w ciągu ordowiku robiło się coraz chłodniej, aż do wystąpienia wielkiego zlodowacenia pod koniec. To właśnie tzw. hirnanckie zlodowacenie jest wśród głównych podejrzanych o dokonanie dzieła ordowickiego wymierania. Jak mogło dojść do tego wielkiego zlodowacenia i wielkiego wymierania? Przyczyną mogła być gwałtowna zmiana składu atmosfery, a konkretnie zawartości ditlenku węgla CO2 w atmosferze ziemskiej. Stężenie to ma się nijak do współczesnego, więc nie szukajcie analogii, bowiem pod koniec ordowiku było od 14 do 22 razy wyższe niż obecnie! Ostatecznie, w szczytowym momencie ordowickiego zlodowacenia i wielkiego wymierania stężenie CO2 było i tak 8 razy wyższe od dzisiejszego (Lenton et al., 2012). Spadek zawartości CO2 tłumaczy się często wzrostem tempa wietrzenia (hydrolizy) krzemianów, które jest jednym z głównych procesów kontrolujących stężenie tego gazu w atmosferze. Krzemiany to najpospolitsza grupa minerałów, obejmująca prawie 90% wszystkich (np. kwarc, skalenie, oliwiny itd.). Wzrost wietrzenia krzemianów związany był z wypiętrzaniem się łańcuchów górskich pod koniec ordowiku podczas tzw. orogenezy takońskiej. Przypuszcza się, że wszystkie procesy tektoniczne zachodzące pod koniec ordowiku mogły doprowadzić do obniżenia zawartości CO2 do poziomu 12-krotności współczesnego stężenia. Wciąż jednak brakowało mechanizmu, który ściągnąłby to stężenie do 8-krotności obecnego stężenia, jak sugerują dane geochemiczne. Wątrobowce, obok mchów, pierwsze skolonizowały lądy. Na zdjęciu Conocephalum conicum (fot. Lairich Rig CC-BY-SA 2.0) Przypuszczano, że za tym dodatkowym obniżeniem mogą stać rośliny lądowe, gdyż z końca ordowiku znany jest podwyższony dopływ fosforu do oceanów i związany z tym wzrost produkcji organicznej. Rośliny potrzebują do wzrostu składników mineralnych pochodzących z podłoża, takich jak wspomniany już fosfor, a także potas, wapń, magnez i żelazo. Przystosowały się więc do wyciągania tych składników z podłoża w procesach wietrzenia. Głównie dzięki korzeniom. Dość dobrze ten proces poznany jest u roślin naczyniowych i prześledzono jego rozwój w dewonie, kiedy doprowadził do zlodowaceń i drugiego z kolei wielkiego wymierania na granicy fran-famen (np. Retallack, 1997). Napisałem już, że dzięki korzeniom, no właśnie, i dlatego pierwsze mszaki i wątrobowce nie były w ogóle brane pod uwagę, ze względu na brak lub słaby system korzeniowy. Nb. nie miały go też pierwsze rośliny naczyniowe, dlatego kolejne wymieranie mamy dopiero pod koniec dewonu, kiedy lądy porastały już olbrzymie lasy archeopterisowe. Tak więc problem wpływu roślinności ordowickiej na obniżenie poziomu CO2 pozostawał nierozstrzygnięty z powodu braku kandydatów. My jednak powróćmy do mchu, podobnie jak Lenton et al. (2012), którzy doszli do wniosku, że warto przyjrzeć się zdolnościom mchu do rozpuszczania podłoża skalnego. Okazało się, że mchy wytwarzają całą gamę kwasów organicznych, które przyspieszają wietrzenie krzemianów, uwalniając z nich mineralne składniki odżywcze typu glin, wapń, żelazo, potas i magnez. Z przeprowadzonych eksperymentów wynika, że szczególnie dobrze szło im na podłożu z andezytu, chociaż z granitami też sobie nieźle radziły. Kiedy dodano przewidywany efekt wietrzenia krzemianów ordowickich przez mchy do wcześniejszych modeli, okazało się, że poziom CO2 spadł z 22-krotności do 8-krotności współczesnego poziomu. Czyli wszystko się zgadza. Mech i wątrobowce przyspieszyły mechanizm wietrzenia do tego stopnia, że skończyło się to zlodowaceniem i pierwszym wielkim wymieraniem pod koniec ordowiku. ps. Dodatek dla dociekliwych: nie chciałem się tu za bardzo rozpisywać o ordowiku, ale historia Ziemi pokazuje, że nawet przy bardzo dużych stężeniach CO2 możliwe są wielkie zlodowacenia. Źródła: Lenton, T., Crouch, M., Johnson, M., Pires, N., & Dolan, L. (2012). First plants cooled the Ordovician Nature Geoscience, 5 (2), 86-89 DOI: 10.1038/ngeo1390...

Lenton, T., Crouch, M., Johnson, M., Pires, N., & Dolan, L. (2012) First plants cooled the Ordovician. Nature Geoscience, 5(2), 86-89. DOI: 10.1038/ngeo1390

Melott, A., Lieberman, B., Laird, C., Martin, L., Medvedev, M., Thomas, B., Cannizzo, J., Gehrels, N., & Jackman, C. (2004) Did a gamma-ray burst initiate the late Ordovician mass extinction?. International Journal of Astrobiology, 3(1), 55-61. DOI: 10.1017/S1473550404001910

Retallack, G. (1997) Early Forest Soils and Their Role in Devonian Global Change. Science, 276(5312), 583-585. DOI: 10.1126/science.276.5312.583

Skąd się wzięły ziemskie oceany?

2011-11-05T12:14:03Z

Bez wody nie byłoby życia na Ziemi. Wydaje się nawet, że woda jest jednym z koniecznych składników do podtrzymywania życia gdziekolwiek we Wszechświecie. Skąd się jednak wzięła na Ziemi? Jak dotąd nie dano jasnej odpowiedzi. Do tej pory uważano, że woda została przyniesiona na Ziemię w postaci tzw. suchego lodu towarzyszącego kometom na etapie wczesnego formowania się Układu Słonecznego. Ten etap nazywa się etapem wielkiego bombardowania, bowiem dochodziło wtedy do masowych kolizji różnych obiektów w świeżo utworzonym dysku protoplanetarnym. W efekcie kolizji z pyłu, poprzez planetzymale i protoplanety, powstały obecne planety, a liczba kolizji systematycznie malała. Pozostałością etapu tworzenia się planet w Układzie Słonecznym jest pas asteroid pomiędzy Marsem a Jowiszem, oraz tzw. pas Kuipera na zewnątrz Układu Słonecznego. Te pasy wciąż dostarczają niewielkich obiektów, które krążą pomiędzy planetami od czasu do czasu zderzając się z nimi. Ta koncepcja pojawienia się wody na Ziemi była jednak czysto teoretyczna. Szukano dowodów, a najlepszym dowodem potwierdzającym tezę, jest obserwacja na żywo, stąd też poszukiwano na niebie obiektów przypominających nasz młody Układ Słoneczny. Uwagę swą skierowano na gwiazdy typu pomarańczonych karłów, ze względu na ich stabilność, sprawiającą, że tzw. eko-strefa wokół nich pozostaje niezmienna przez wiele milionów lat, poza tym są 10x częściej spotykane od Słónca. Jednym z takich pomarańczowych karłów jest TW Hydrae (z gwiazdozbioru Hydry) oddalony od nas o 176 lat świetlnych. Ostatnie obserwacje pokazują, że wokół TW Hydrae występuje dysk protoplanetarny, z którego wyparowywuje woda. Obserwacje prowadzone były z przez teleskop Kosmicznego Obserwatorium Herschela wyniesiony na orbitę przez Europejską Agencję Kosmiczną do prowadzenia obserwacji w zakresie dalekiej podczerwieni. Teleskop ten zaobserwował w pobliżu TW Hydrae linie emisyjne odpowiadające parującej wodzie, i to w obu postaciach izomerowych wodoru, orto- i parawodoru, które wchodzą w skład cząsteczki wody. Ortowodór posiada oba protony o spinie skierowanym w tym samym kierunku, zaś parawodór protony o spinie skierowanym przeciwnie. W tzw. normalnych ziemskich warunkach, 3/4 wodoru to ortowodór. Woda pochodzi z dysku planetarnego krążącego wokół pomarańczowego karła. Oszacowano, że ilość wody zawartej w dysku odpowiada masie kilkunastu tysięcy zasobów ziemskich oceanów. Porównano również udział ortowody do parawody w stosunku do komet z Układu Słonecznego i okazało się, że w pobliżu TW Hydrae jest on znacznie niższy. Świadczyć to może o tym, że komety zbierają zróżnicowaną wodę w wewnętrznych częściach pierścienia protoplanetarnego w początkowej fazie tworzenia się układów planetarnych. Uderzenie komety w protoplanetę w młodym układzie planetarnym - wizja artysty (NASA/JPL-Caltech) Występowanie wody w wewnętrznych częściach dysku związane jest też z temperaturą. Musi być ona odpowiednia, aby woda mogła występować w stanie ciekłym lub pary wodnej. Szacuje się, że powyżej 3 jednostek astronomicznych (1 jednostka to odległość Ziemi od Słońca), woda występowuje tylko jako lód, stanowiąc rezerwuar wody dla planet położonych bliżej Słońca. W przypadku naszego Układu, może to być Pas Kuipera. W wewnętrznych częściach dysku, przy temperaturze powyżej 250 st. Kelvina (czyli powyżej -23 st C) sublimacja lodu do pary wodnej wiąże tlen w cząsteczkach wody. Obserwacje TW Hydrae potwierdzone zostały niedawno przez teleskop Spitzera NASA, który zanotował deszcz komet wokół gwiazdy Eta Corvi, które uderzyły w skalną planetę. Z analizy widma wynika, że występują tam nanodiamenty, które tworzą się przy udziale węgla organicznego. Obserwacje te pokazują jak mógły wyglądać początki istnienia Układu Słonecznego. Zatem woda na Ziemi pochodzi z nieba! A konkretnie, z początkowych etapów tworzenia się dysku protoplanetarnego z krążącej wokół młodej gwiazdy mgławicy pyłu. Źródła: 1. Hogerheijde, M., Bergin, E., Brinch, C., Cleeves, L., Fogel, J., Blake, G., Dominik, C., Lis, D., Melnick, G., Neufeld, D., Panic, O., Pearson, J., Kristensen, L., Yildiz, U., & van Dishoeck, E. (2011). Detection of the Water Reservoir in a Forming Planetary System Science, 334 (6054), 338-340 DOI: 10.1126/science.1208931 2. NASA's Spitzer Detects Comet Storm in Nearby Solar System http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-322...

Hogerheijde, M., Bergin, E., Brinch, C., Cleeves, L., Fogel, J., Blake, G., Dominik, C., Lis, D., Melnick, G., Neufeld, D.... (2011) Detection of the Water Reservoir in a Forming Planetary System. Science, 334(6054), 338-340. DOI: 10.1126/science.1208931

Dwa słońca o zachodzie

2011-09-16T17:27:51Z

W najnowszym numerze Science (vol. 333 z 16 września 2011 r.) Laurence R. Doyle z zespołem (w sumie 27 członków) donoszą o odkryciu pierwszej, jak do tej pory, planecie, która krąży wokół układu dwóch gwiazd......

Doyle, L., Carter, J., Fabrycky, D., Slawson, R., Howell, S., Winn, J., Orosz, J., Pr sa, A., Welsh, W., Quinn, S.... (2011) Kepler-16: A Transiting Circumbinary Planet. Science, 333(6049), 1602-1606. DOI: 10.1126/science.1210923

Klimatyczne katastrofy i egzotyczne klimaty

2011-05-20T06:11:38Z

Każdy z nas słyszał zapewne frazes "bez efektu cieplarnianego nie byłoby życia na Ziemi", po którym zwykle pada sugestia, że głupi ekolodzy chcą ten efekt cieplarniany zlikwidować doszczętnie, i sprowadzić na nas wszystkich zgubę. Choć teza ta wydaje się truizmem, kryje się za nim jedno z największych pytań, na które próbuje odpowiedzieć współczesna nauka: o możliwość istnienia życia poza Ziemią.Więcej.....

Robin Wordsworth, François Forget, Franck Selsis, Ehouarn Millour, Benjamin Charnay, & Jean-Baptiste Madeleine. (2011) Gliese 581d is the first discovered terrestrial-mass exoplanet in the habitable zone. Astrophysical Journal Letters. arXiv: 1105.1031v1

Soczewka grawitacyjna pozwala obserwować najstarszą galaktykę

2011-04-19T02:00:51Z

Wszechświat ma około 14mld lat, nie zawsze jednak wyglądał tak jak dzisiaj. Wiemy dzisiaj, że od Wielkiego Wybuchu, do momentu kiedy zaczęły powstawać pierwsze gwiazdy – a także ich skupiska, czyli galaktyki – upłynęło kilkaset milionów lat. Dokładne poznanie [...]...

Johan Richard, Jean-Paul Kneib, Harald Ebeling, Dan Stark, Eiichi Egami, & Andrew K. Fiedler. (2011) Discovery of a possibly old galaxy at $z. Monthly Notices of the Royal Astronomical Societ. arXiv: 1102.5092v2

Jak mówić do obcych?

2011-02-07T02:00:18Z

Począwszy od lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku, co jakiś czas naukowcy decydują się wysłać w przestrzeń kosmiczną przekaz adresowany do pozaziemskich cywilizacji. Jak dotąd wysłano trzy takie wiadomości (fragment pierwszej z nich na ilustracji obok). Za każdym razem jednak, inna była [...]...

Dimitra Atri, Julia DeMarines, & Jacob Haqq-Misra. (2011) A Protocol for Messaging to Extraterrestrial Intelligence. Space Policy. arXiv: 1101.4968v2

Jak patrzymy w przyszłość

2010-12-27T13:51:32Z

I nie, nie chodzi mi tutaj bynajmniej o żaden wehikuł czasu, a jedynie o to, jak postrzegamy przyszłość naszej cywilizacji we Wszechświecie. I chociaż historie o cywilizacjach pozaziemskich (o życiu pozaziemskim mniej, ale także) wciąż wsadzamy między bajki – bo słynne równanie Drake’a nie dowodzi, że kiedykolwiek jakikolwiek kontakt zostanie nawiązany, a jedynie sugeruje, że [...]...

Wolszczan, A., & Frail, D. (1992) A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257 12. Nature, 355(6356), 145-147. DOI: 10.1038/355145a0

Marois, C., Macintosh, B., Barman, T., Zuckerman, B., Song, I., Patience, J., Lafreniere, D., & Doyon, R. (2008) Direct Imaging of Multiple Planets Orbiting the Star HR 8799. Science, 322(5906), 1348-1352. DOI: 10.1126/science.1166585

Gaudi, B., Bennett, D., Udalski, A., Gould, A., Christie, G., Maoz, D., Dong, S., McCormick, J., Szymanski, M., Tristram, P.... (2008) Discovery of a Jupiter/Saturn Analog with Gravitational Microlensing. Science, 319(5865), 927-930. DOI: 10.1126/science.1151947

Bhattacharjee, Y. (2010) Alien Planets Hit the Commodities Market. Science, 330(6011), 1620-1620. DOI: 10.1126/science.330.6011.1620

Balon NASA pękł, czyli dwa słowa o „nowym” życiu

2010-12-03T07:00:26Z

Oczekiwałem nie wiadomo czego: życia pozaziemskiego, planet Ziemiopodobnych, ciekłej wody na Tytanie lub innym z księżyców Jowisza. Nie oczekiwałem: humbugu niemal porównywalnego z tym, który miał miejsce przy okazji Idy (chociaż przyznaję, że NASA jednak nie zorganizowała aż takiego cyrku, jaki miał miejsce półtora roku temu). Zwłaszcza że odkrycie – chociaż interesujące i z pewnością [...]...

Wolfe-Simon, F., Blum, J., Kulp, T., Gordon, G., Hoeft, S., Pett-Ridge, J., Stolz, J., Webb, S., Weber, P., Davies, P.... (2010) A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus. Science. DOI: 10.1126/science.1197258

Kulp, T., Hoeft, S., Asao, M., Madigan, M., Hollibaugh, J., Fisher, J., Stolz, J., Culbertson, C., Miller, L., & Oremland, R. (2008) Arsenic(III) Fuels Anoxygenic Photosynthesis in Hot Spring Biofilms from Mono Lake, California. Science, 321(5891), 967-970. DOI: 10.1126/science.1160799