ΑΓΝΩΣΤΗ ΓΗ

Γιατί η Γη έχει όλα τα καλά;

Μια ματιά στους γύρω μας πλανήτες αρκεί για να πούμε ότι μοιάζουν σαν «ξένοι στο ίδιο ηλιακό σύστημα»… Πώς γίνεται μόνο η Γη να έχει όλα τα καλά: νερό,φως, σωστή θερμοκρασία και την κατάλληλη χημική σύνθεση για τη ζωή;

ΤOY STEWART CLARK | Κυριακή 26 Απριλίου 2009

gi1 Ρίχνοντας μια ματιά στο ηλιακό μας σύστημα δικαιολογημένα θα πίστευε κανείς ότι οι οκτώ πλανήτες του έφθασαν εδώ περιπλανώμενοι από διαφορετικά σημεία του Σύμπαντος. Παρ΄ όλα αυτά όλοι σχηματίστηκαν από το ίδιο νέφος αερίων και σκόνης που περιέβαλλε τον Ηλιο πριν από περισσότερα από 4,5 δισ. χρόνια. Καθώς η βαρύτητα συμπύκνωνε το νέφος γύρω από τον Ηλιο, κόκκοι σκόνης συγκρούονταν και κολλούσαν μεταξύ τους μεγαλώνοντας σε μέγεθος και δημιουργώντας όλο και μεγαλύτερα βαρυτικά πεδία. Οι όλο και μεγαλύτερες μάζες συγκρούονταν και ενώνονταν συνεχώς μεταξύ τους σχηματίζοντας τους πλανήτες που γνωρίζουμε σήμερα. Αυτή είναι η γενική εικόνα, όμως οι λεπτομέρειες του τι ακριβώς συνέβη στα πρώτα στάδια της ζωής της Γης εξακολουθούν να αποτελούν μυστήριο. Η επίλυση αυτού του μυστηρίου είναι ουσιαστική για να κατανοήσουμε γιατί ο πλανήτης μας είναι τόσο κατάλληλος για τη ζωή. Ξέρουμε ότι η απόστασή του από τον Ηλιο του προσφέρει την κατάλληλη ποσότητα θερμότητας και φωτός ώστε να είναι κατοικήσιμος, όμως αυτό από μόνο του δεν αρκεί. Χωρίς το μοναδικό μείγμα άνθρακα, υδρογόνου, αζώτου, οξυγόνου, φωσφόρου και θείου που συνθέτει τα ζωντανά όντα και χωρίς το υγρό νερό στην επιφάνειά του η ζωή όπως τη γνωρίζουμε δεν θα μπορούσε να εξελιχθεί. Από χημικής απόψεως η Γη είναι απλώς καλύτερα φτιαγμένη για τη ζωή από τους γείτονές της. Πώς όμως εμείς πήραμε όλα τα καλά υλικά;

Αυτό το οποίο γνωρίζουμε είναι ότι διαφορετικά στοιχεία θα μπορούσαν να έχουν συμπυκνωθεί από το νέφος σε διαφορετικές θερμοκρασίες, οι οποίες θα εξαρτώνταν από την απόσταση από τον Ηλιο. Δεν μπορούμε ωστόσο να γνωρίζουμε τι ακριβώς συνέβη στη συνέχεια επειδή τα πετρώματα της Γης συμπιέστηκαν, έλιωσαν και αλλοιώθηκαν πάρα πολλές φορές ώστε να συγκρατήσουν ενδείξεις σχετικά με τον σχηματισμό τους. Καθώς δεν μπορούμε να φθάσουμε στους περισσότερους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, οι μετεωρίτες αποτελούν την πιο πρόσφορη ελπίδα μας για την ανεύρεση κάποιου στοιχείου. Σχηματίστηκαν ταυτόχρονα με τους πλανήτες και έκτοτε σε μεγάλο βαθμό δεν έχουν διαταραχθεί. Για να τους μελετήσουμε όμως πρέπει να περιμένουμε κάποιος από αυτούς να πέσει από το Διάστημα. Μια τάξη μετεωριτών που ονομάζονται χονδρίτες μοιάζουν από πολλές απόψεις στη σύστασή τους με τη Γη, κάτι το οποίο υποδηλώνει ότι ίσως σχηματίστηκαν από τις ίδιες πρώτες ύλες. Παρ΄ όλα αυτά παρουσιάζουν κάποιες λεπτές διαφορές οι οποίες είναι δύσκολο να εξηγηθούν. Για παράδειγμα, το μείγμα ισοτόπων οξυγόνου στους χονδριτικούς μετεωρίτες δεν είναι το ίδιο με αυτά που υπάρχουν στη Γη. Ως τώρα κανείς δεν γνωρίζει γιατί, από τη στιγμή όμως που το οξυγόνο είναι το στοιχείο που υπάρχει σε μεγαλύτερη αφθονία στον φλοιό της Γης, αποτελώντας σχεδόν το μισό της μάζας της, το μυστήριο αυτό δεν μπορεί να αγνοηθεί.

Ενα άλλο μεγάλο άλυτο ερώτημα είναι πώς η Γη απέκτησε το ζωογόνο νερό της. Επειδή βρισκόταν τόσο κοντά στον Ηλιο η θερμοκρασία θα πρέπει να ήταν υπερβολικά υψηλή ώστε να επιτρέψει στο νερό απλώς να συμπυκνωθεί αποχωριζόμενο από το νέφος αερίων κατά τον σχηματισμό του πλανήτη ενώ ακόμη και αν κάποια ποσότητα νερού είχε συγκεντρωθεί, αυτή θα πρέπει να είχε εξατμιστεί εντελώς κατά τη διάρκεια της τιτάνιας σύγκρουσης που σχημάτισε τη Σελήνη (βλ. «Η εποχή του Αδη»). Η δημοφιλέστερη εξήγηση είναι ότι το νερό έφθασε αργότερα, με τη μορφή παγωμένων κομητών από το εξώτερο ηλιακό σύστημα που έπεσαν σαν βροχή κατά την περίοδο που είναι γνωστή ως ο «Υστερος Βαρύς Βομβαρδισμός». Ως τώρα ωστόσο δεν υπάρχουν απτά στοιχεία που να επιβεβαιώνουν αυτή τη θεωρία. Είναι βέβαιο ότι χρειαζόμαστε περισσότερες γνώσεις σχετικά με τον τρόπο σχηματισμού των πλανητών. Το καινούργιο Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χέρσελ που θα εκτοξευθεί σύντομα από την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (σ.σ. η εκτόξευση έχει προγραμματιστεί για τις 6 Μαΐου) ίσως μας δώσει κάποιες απαντήσεις. Με ένα κάτοπτρο σχεδόν μιάμιση φορά μεγαλύτερο από αυτό του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Χαμπλ θα κοιτάξει βαθιά στο Διάστημα και θα χρησιμοποιήσει τους ανιχνευτές υπερύθρων του για να μας προσφέρει μια καινούργια άποψη των νεφών όπου σχηματίζονται καινούργια άστρα και πλανήτες, εκ των οποίων ίσως κάποιοι να είναι τόσο τυχεροί στην εξέλιξή τους όσο η Γη.

Η ΕΠΟΧΗ ΤΟΥ ΑΔΗ
gi2 Πριν από περίπου 4,53 δισ. χρόνια, όταν η νεογέννητη Γη έπαιρνε σιγά σιγά την τροχιά της γύρω από τον Ηλιο, συνέβη η καταστροφή. Ο νεαρότατος πλανήτης μας δέχθηκε ένα τρομακτικό χτύπημα από ένα αντικείμενο στο μέγεθος του Αρη. Τα θραύσματα από την πρόσκρουση μπήκαν στην τροχιά της Γης και σχημάτισαν τη Σελήνη ενώ η ενέργεια που απελευθερώθηκε από τη σύγκρουση προκάλεσε τόση θερμότητα ώστε έλιωσε τα επάνω στρώματα της Γης, σβήνοντας το προηγούμενο γεωλογικό μητρώο της. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα ένα τεράστιο χάσμα στις γνώσεις που έχουμε σήμερα για τα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια ζωής του πλανήτη μας, μια περίοδο η οποία είναι γνωστή ως Εποχή του Αδη ή Καταρχαιοζωικός Αιώνας. Είναι η πιο σκοτεινή εποχή της Γης και δεν γνωρίζουμε σχεδόν τίποτε για αυτήν.

Ο «χρόνος μηδέν» για το ηλιακό μας σύστημα τοποθετείται κατά γενική αποδοχή πριν από περίπου 4.567 δισ. χρόνια ενώ πριν από 4,56 δισ. χρόνια είχε σχηματιστεί περίπου το 65% της Γης. Στη συνέχεια, περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια αργότερα, χτύπησε το περιπλανώμενο αντικείμενο γεμίζοντας την ατμόσφαιρα με εξαχνωμένο πυρίτιο. Υστερα το πυρίτιο συμπυκνώθηκε και έπεσε σαν βροχή από λάβα δημιουργώντας μια θάλασσα από λιωμένα πετρώματα σε ρυθμό ίσως και ενός μέτρου την ημέρα. Η Γη έλιωσε ως τον πυρήνα της και η διαδικασία σχηματισμού μιας στερεάς επιφάνειας στο εξωτερικό της ξεκίνησε πάλι από την αρχή. Ο φλοιός της Γης σήμερα αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από πετρώματα που δεν ξεπερνούν σε ηλικία τα 3,6 δισ. χρόνια, επομένως τα ίχνη από το κολασμένο περιβάλλον της εποχής του Αδη που ακολούθησε τη σύγκρουση είναι ελάχιστα στο έδαφος. Οσα παλαιότερα πετρώματα απέμειναν- τα οποία ανέρχονται περίπου στο ένα εκατομμυριοστό του φλοιού- έχουν στο μεγαλύτερο μέρος τους αλλάξει από τη θερμότητα ή την πίεση. Χάρη όμως σε μερικούς ανθεκτικούς μικροσκοπικούς κρυστάλλους, τα ζιρκόνια, έχουμε κάποιες μικρές ενδείξεις.

Τα ζιρκόνια, τα οποία βρίσκονται στα πετρώματα των Λόφων Τζακ της Δυτικής Αυστραλίας, είναι τα αρχαιότερα ορυκτά της Γης. Αποτελούνται από εξαιρετικά ανθεκτικούς κρυστάλλους πυριτικού ζιρκονίου και έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε ουράνιο, το οποίο επιτρέπει τη χρονολόγησή τους με τον προσδιορισμό της ραδιενέργειάς τους. Παρ΄ ότι βρίσκονται μέσα σε πολύ νεότερα πετρώματα, πολλά ζιρκόνια χρονολογούνται ως ηλικίας μεγαλύτερης των 4 δισ. ετών. Δεν μπορούν να μας πουν τι ακριβώς συνέβαινε όταν η λιωμένη Γη ψυχραινόταν, όμως το γεγονός ότι περιέχουν οξυγόνο δείχνει ότι σχηματίστηκαν μέσα σε νερό, κάτι το οποίο υποδηλώνει ότι οι ωκεανοί της Γης είχαν σχηματιστεί πριν από περισσότερο από 4 δισ. χρόνια. Αυτό ανακινεί νέα ερωτήματα: οι ωκεανοί πρέπει να στηρίζονται σε στερεή επιφάνεια, οπότε πώς ήταν τότε ο φλοιός; Ως τώρα δεν υπάρχουν ξεκάθαρες απαντήσεις. Ισως η πιο προφανής παρατήρηση για τον φλοιό της Εποχής του Αδη είναι ότι δεν υπάρχει πια. Παρ΄ ότι απογοητευτικό, αυτό αποτελεί από μόνο του ένα στοιχείο: ίσως η δράση των τεκτονικών πλακών να ήταν πολύ πιο έντονη εκείνη την εποχή.

Υπάρχουν δύο ακόμη τρόποι με τους οποίους μπορούμε να αυξήσουμε τις γνώσεις μας για την Εποχή του Αδη.

Πρώτον, εδώ στη Γη, συντονισμένες έρευνες για τα πιο παλαιά πετρώματα και ορυκτά σε συνδυασμό με τις όλο και βελτιούμενες μεθόδους μικροανάλυσης μπορούν να μας δώσουν περισσότερα στοιχεία σχετικά με το πώς έμοιαζε ο πλανήτης μας όταν σχηματιζόταν για δεύτερη φορά.

Δεύτερον, οι έρευνες για ορυκτά στη Σελήνη και στον Αρη μπορούν να μας αποκαλύψουν πώς έμοιαζε η Γη πριν από την καταστροφική σύγκρουση – εφόσον τα πετρώδη θραύσματα από την πρόσκρουση σχημάτισαν τη Σελήνη. Αντίθετα με τη Γη, κανένας από αυτούς τους δύο κόσμους δεν έλιωσε ξανά, επομένως υπάρχουν πολύ μεγαλύτερες πιθανότητες να βρεθούν πραγματικά παλαιά πετρώματα στις επιφάνειές τους. Θα μπορούσαμε ακόμη και να πετύχουμε το γεωλογικό τζακπότ βρίσκοντας εκεί κάποιο κομμάτι της Γης της Εποχής του Αδη το οποίο εκτοξεύτηκε στο Διάστημα από κάποια πρόσκρουση με αστεροειδή και προσεδαφίστηκε στην επιφάνεια του Αρη ή της Σελήνης. Οι ερευνητές της σκοτεινής εποχής του πλανήτη μας δηλώνουν αισιόδοξοι.

 

ΑΠΟ ΠΟΥ ΗΡΘΕ Η ΖΩΗ;

gi3 Αν αφήσουμε κατά μέρος τη μικρή πιθανότητα η ζωή να ήρθε στη Γη επάνω σε έναν μετεωρίτη από κάποιο άλλο μέρος, τότε θα πρέπει να υποθέσουμε ότι αυτή δημιουργήθηκε από τις όποιες φυσικές και χημικές συνθήκες επικρατούσαν στον πλανήτη κατά τη νεαρή ηλικία του. Το να ανακαλύψουμε ποιες ήταν αυτές οι συνθήκες είναι προβληματικό, κυρίως επειδή η Γη στην οποία ζούμε σήμερα δεν διατηρεί σχεδόν κανένα ίχνος από εκείνη την εποχή. Ως σήμερα οι αρχαιότερες ενδείξεις ζωής που έχουμε προέρχονται από ιζηματογενή πετρώματα ηλικίας 3,8 δισ. ετών. Τα πετρώματα αυτά, τα οποία ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1990 στη Δυτική Γροιλανδία, παρουσιάζουν ένα ασυνήθιστα χαμηλό ποσοστό του βαρέος ισοτόπου του άνθρακα. Αυτό θεωρείται δείγμα παρουσίας μικροοργανισμών, επειδή τα ελαφρότερα ισότοπα περνούν πιο εύκολα από τα τοιχώματα των κυττάρων και έτσι συσσωρεύονται όπου υπάρχουν μικρόβια.

Τα πετρώματα αυτά σχηματίστηκαν σε μια περίοδο κατά την οποία ο πλανήτης ανασυντασσόταν ύστερα από τη σύγκρουση που σχημάτισε τη Σελήνη (βλ. «Η εποχή του Αδη»). Οι πρωτογενείς ωκεανοί και ήπειροι είχαν αρχίσει να σχηματίζονται αλλά η διαδικασία διακοπτόταν κάθε τόσο από την πρόσκρουση κάποιου αστεροειδούς με τον πλανήτη και την τεράστια άνοδο της θερμοκρασίας των ωκεανών. Ο Δαρβίνος φαντάστηκε τη ζωή να αναδύεται από μια «θερμή λιμνούλα». Στην πραγματικότητα είναι σχεδόν βέβαιον ότι επρόκειτο για ένα καυτό, αλμυρό καζάνι. Πρόκειται για ένα περιβάλλον εντελώς διαφορετικό από αυτό στο οποίο ζούμε σήμερα, αυτό όμως ίσως είναι αναμενόμενο. Δεν υπάρχουν καταγεγραμμένες περιπτώσεις κάποιου γεγονότος «πηγής της ζωής» στη σύγχρονη Γη, επομένως οι κατάλληλες συνθήκες ίσως δεν υπάρχουν πια. Ή ίσως αυτό συμβαίνει σε τόσο μικροσκοπικές κλίμακες ώστε έχει περάσει απαρατήρητο.

Ανάλογες συνθήκες με αυτές της νεαρής Γης εξακολουθούν ωστόσο να υπάρχουν. Τις συναντάμε γύρω από υδροθερμικές πηγές στον βυθό της θάλασσας, όπου η γεωθερμική δραστηριότητα εκτοξεύει πίδακες καυτού νερού στον ωκεανό. Στις περιοχές αυτές υπάρχουν τεράστιες συγκεντρώσεις μικροοργανισμών, πολλοί εκ των οποίων έχουν εκπληκτικά πρωτόγονους μεταβολισμούς και κανένας δεν αντλεί την ενέργειά του από το φως του Ηλίου. Το αν οι υδροθερμικές πηγές υπήρξαν η πηγή της ζωής ή απλώς ένα από τα πρώτα καταφύγιά της παραμένει ωστόσο άγνωστο. Μια άλλη δυσκολία είναι να ανακαλύψουμε ποια ακριβώς συνθήκη ένωσε τα χημικά της ζωής ώστε να σχηματίσουν ζωντανούς οργανισμούς. Εδώ έχουμε να αντιμετωπίσουμε μια κατάσταση ανάλογη με αυτή του αβγού και της κότας: για να λειτουργήσει το DΝΑ χρειάζεται πρωτεΐνες, ωστόσο τα «προγράμματα» για τη σύνθεση αυτών των πρωτεϊνών δίνονται από το DΝΑ. Ποιο δημιουργήθηκε λοιπόν πρώτο; Η πιο πιθανή απάντηση πιστεύεται σήμερα ότι είναι πως εξελίχθηκαν ταυτόχρονα μέσω ενός δικτύου αντιδράσεων ανάμεσα σε απλούστερα χημικά. Αυτό καθιστά διπλά δύσκολο τον προσδιορισμό του πότε οι πρώτοι οργανισμοί πέρασαν από το στάδιο των χημικών στη ζωή. Για να βρουν κάποιες απαντήσεις οι γεωλόγοι στρέφονται προς τον Αρη. Εκεί δεν υπάρχει η καταστρεπτική για τα σχετικά στοιχεία κίνηση των τεκτονικών πλακών και έτσι μπορούν να βρεθούν ιζηματογενή πετρώματα που χρονολογούνται από την εποχή της εμφάνισης της ζωής στη Γη. Ελπίζουν ότι, αντίθετα με τους ομολόγους τους στη Γη, τα πετρώματα αυτά διατηρούν κάποια στοιχεία της χημείας που υπήρχε πριν από την εμφάνιση της ζωής. Οι πιθανότητες είναι μικρές, θα μπορούσαν όμως ακόμη και να καταγράφουν ένα γεγονός «πηγής της ζωής» το οποίο οδήγησε σε μορφές ζωής οι οποίες μπορεί να υπάρχουν ακόμη στον Κόκκινο Πλανήτη.

© 2009 Νew Scientist Μagazine, Reed Βusiness Ιnformation Ltd.