Semasa mencari planet ekstra-suria yang berpotensi dapat dihuni, para saintis agak dibatasi oleh fakta bahawa kita mengetahui hanya satu planet di mana kehidupan wujud (iaitu Bumi). Atas sebab ini, para saintis mencari planet yang berada di daratan (iaitu berbatu), mengorbit di zon bintang mereka yang dapat dihuni, dan menunjukkan tanda-tanda biosignature seperti karbon dioksida atmosfera - yang penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui.
Gas ini, yang merupakan sebahagian besarnya hasil aktiviti gunung berapi di Bumi, meningkatkan haba permukaan melalui kesan rumah hijau dan kitaran antara permukaan bawah dan atmosfera melalui proses semula jadi. Atas sebab ini, saintis telah lama percaya bahawa tektonik plat sangat penting untuk kebiasaan. Namun, menurut kajian baru oleh pasukan dari Pennsylvania State University, ini mungkin tidak berlaku.
Kajian yang bertajuk "Carbon Cycling and Habitability of Earth-Sized Stagnant Lid Planets", baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal ilmiah Astrobiologi. Kajian ini dilakukan oleh Bradford J. Foley dan Andrew J. Smye, dua penolong profesor dari jabatan geosains di Universiti Negeri Pennsylvania.
Di Bumi, gunung berapi adalah hasil tektonik plat dan berlaku di mana dua plat bertembung. Ini menyebabkan subduksi, di mana satu plat didorong ke bawah yang lain dan lebih dalam ke permukaan bawah. Subduksi ini mengubah mantel padat menjadi magma apung, yang naik melalui kerak bumi ke permukaan Bumi dan membuat gunung berapi. Proses ini juga dapat membantu dalam mengitar karbon dengan mendorong karbon ke dalam mantel.
Tektonik plat dan gunung berapi diyakini telah menjadi pusat kemunculan kehidupan di Bumi, kerana memastikan planet kita mempunyai haba yang mencukupi untuk mengekalkan air cair di permukaannya. Untuk menguji teori ini, Profesor Foley dan Smye membuat model untuk menentukan betapa layaknya planet seperti Bumi tanpa kehadiran tektonik plat.
Model-model ini mengambil kira evolusi termal, pengeluaran kerak dan CO2 berbasikal untuk mengekang kebiasaan planet bertakung bersaiz Bumi berbatu. Ini adalah planet di mana kerak terdiri daripada plat bulat raksasa tunggal yang terapung di atas mantel, bukannya di bahagian yang terpisah. Planet semacam itu dianggap jauh lebih biasa daripada planet yang mengalami tektonik plat, kerana belum ada planet di luar Bumi yang disahkan mempunyai plat tektonik. Seperti yang dijelaskan oleh Prof Foley dalam siaran akhbar Penn State News:
"Vulkanisme melepaskan gas ke atmosfer, dan kemudian melalui pelapukan, karbon dioksida ditarik dari atmosfer dan diasingkan ke batu permukaan dan sedimen. Mengimbangi kedua-dua proses tersebut menjadikan karbon dioksida pada tahap tertentu di atmosfer, yang sangat penting untuk sama ada iklim tetap panas dan sesuai untuk kehidupan. "
Pada asasnya, model mereka mengambil kira berapa banyak haba yang dapat dipertahankan oleh iklim penutup planet yang tersekat berdasarkan jumlah haba dan unsur penghasil haba yang ada ketika planet ini terbentuk (alias anggaran haba awalnya). Di Bumi, unsur-unsur ini merangkumi uranium yang menghasilkan torium dan haba ketika ia terurai, yang kemudian mereput untuk menghasilkan kalium dan haba.
Setelah menjalankan beratus-ratus simulasi, yang memvariasikan ukuran dan komposisi kimia planet ini, mereka mendapati bahawa planet penutup bertakung akan dapat mengekalkan suhu yang cukup panas sehingga air cair dapat ada di permukaan mereka selama berbilion tahun. Dalam kes-kes yang melampau, mereka dapat mempertahankan suhu pendukung hidup hingga 4 miliar tahun, yang hampir seusia Bumi.
Seperti yang ditunjukkan Smye, ini sebahagiannya disebabkan oleh fakta bahawa tektonik plat tidak selalu diperlukan untuk aktiviti gunung berapi:
"Anda masih mempunyai gunung berapi pada planet tutup yang stagnan, tetapi hidup lebih pendek daripada pada planet dengan tektonik plat kerana tidak banyak berbasikal. Gunung berapi menghasilkan berturut-turut aliran lava, yang terkubur seperti lapisan kek dari masa ke masa. Batu dan sedimen menjadi panas lebih dalam apabila ia terkubur. "
Para penyelidik juga mendapati bahawa tanpa tektonik plat, planet penutup yang stagnan masih mempunyai haba dan tekanan yang cukup untuk mengalami degassing, di mana gas karbon dioksida dapat melarikan diri dari batu dan menuju ke permukaan. Di Bumi, kata Smye, proses yang sama berlaku dengan air di zon kesalahan subduksi. Proses ini meningkat berdasarkan kuantiti unsur penghasil haba yang ada di planet ini. Seperti yang dijelaskan oleh Foley:
"Terdapat rentang titik manis di mana planet melepaskan karbon dioksida yang cukup untuk menjaga agar planet tidak membeku, tetapi tidak terlalu banyak sehingga cuaca tidak dapat menarik karbon dioksida dari atmosfer dan menjaga iklim."
Menurut model penyelidik, kehadiran dan jumlah elemen penghasil haba merupakan petunjuk yang lebih baik untuk potensi planet untuk mengekalkan kehidupan. Berdasarkan simulasi mereka, mereka mendapati bahawa komposisi awal atau ukuran planet sangat penting untuk menentukan sama ada ia akan dapat dihuni atau tidak. Atau seperti yang mereka katakan, kemungkinan kebiasaan planet ditentukan semasa lahir.
Dengan menunjukkan bahawa planet tutup stagnan masih dapat menyokong kehidupan, kajian ini berpotensi untuk memperluas jangkauan apa yang para saintis anggap berpotensi untuk dihuni. Semasa Teleskop Angkasa James Webb (JWST) dikerahkan pada tahun 2021, memeriksa atmosfera planet penutup yang tersekat untuk menentukan kehadiran biosignature (seperti CO2) akan menjadi objektif ilmiah utama.
Mengetahui bahawa lebih banyak dunia ini dapat mengekalkan kehidupan tentunya merupakan berita baik bagi mereka yang berharap agar kita dapat menemukan bukti kehidupan luar bumi dalam kehidupan kita.
