Pontosan mekkora szerencsénk volt?

A cikk szerzője Toby Tyrrell, a Southamptoni Egyetem földrendszertanának professzora.

Az evolúciónak 3 vagy 4 milliárd év kellett a Homo sapiens előállításához. Ha az éghajlat ebben az időben csak egyszer vallott volna kudarcot, akkor az evolúció összeomlott volna, és nem lennénk itt. Tehát ahhoz, hogy megértsük, hogyan jöttünk létre a Föld bolygón, tudnunk kell, hogyan sikerült a Földnek évmilliókig életképesnek maradnia.

Ez nem triviális probléma. A jelenlegi globális felmelegedés megmutatja, hogy az éghajlat akár néhány évszázad alatt is jelentősen megváltozhat. Geológiai időskálákon át még könnyebb az éghajlatnak megváltoznia. A számítások azt mutatják, hogy a Föld éghajlata csak néhány millió év alatt fagypont alatti vagy forráspont feletti hőmérsékletre súlyosbodhat.

Azt is tudjuk, hogy a Nap 30 százalékkal fényesebb lett, mióta az élet először kialakult. Elméletileg ennek mára fel kellett volna forralnia az óceánokat, tekintettel arra, hogy általában nem voltak megfagyva a korai Földön - ezt „halvány fiatal Nap-paradoxonnak” nevezik. Az élhetőség eme rejtvénye valahogy mégis megoldódott.

A tudósok két fő elmélettel álltak elő. Az első az, hogy a Föld valami termosztáttal rendelkezik - visszacsatolási mechanizmus (vagy mechanizmusok), amely mindig megakadályozza, hogy az éghajlat végzetes hőmérsékletre váltson.

A második az, hogy a nagyszámú bolygó közül talán néhányan csak a szerencsével vészelnek át, és a Föld is ezek közé tartozik. Ezt a második forgatókönyvet hihetőbbé teszik a naprendszerünkön kívüli számos bolygó – az úgynevezett exobolygók – elmúlt évtizedekbeli felfedezései. A távoli csillagok csillagászati megfigyelései azt mondják, hogy sok bolygó kering körülöttük, és néhány közülük olyan méretű, sűrűségű és keringési távolságú, hogy az élet számára alkalmas hőmérséklet elméletileg lehetséges rajtuk. Becslések szerint csak galaxisunkban legalább 2 milliárd ilyen bolygó van.

A tudósok szívesen elutaznának ezekre az exobolygókra, hogy megvizsgálják, megfelel-e valamelyikük a Föld milliárd éves éghajlati stabilitásának. De még a legközelebbi exobolygók is, a Proxima Centauri csillag körül keringők, több mint négy fényévnyire vannak. Megfigyelési vagy kísérleti bizonyítékokat nehéz beszerezni.

Ehelyett modellezéssel kutattam ugyanezt a kérdést. A bolygókon általában (nem csak a Földön) klímaváltozás szimulációjára tervezett számítógépes program segítségével előbb 100.000 bolygót generáltam, mindegyiket véletlenszerűen eltérő klíma visszacsatolásokkal. Az éghajlati visszacsatolások olyan folyamatok, amelyek felerősíthetik vagy csökkenthetik az éghajlatváltozást – gondoljunk például az Északi-sarkvidéken elolvadó tengeri-jégre, amely a napfényt visszatükröző jeget lecseréli a napfényt elnyelő nyílt tengerre, ami viszont több felmelegedést és olvadást okoz.

Mindegyiket 100-szor szimuláltam, hogy megvizsgáljam, mennyire valószínű, hogy ezeknek a különböző bolygóknak a mindegyike lakható maradna hatalmas (geológiai) időintervallumokban. A bolygó minden alkalommal más kezdeti hőmérsékletről indult, és véletlenszerűen eltérő klímaváltozásoknak volt kitéve. Ezek az események olyan klímát megváltoztató tényezőket képviselnek, mint a szupervulkán kitörések (mint a Mount Pinatubo, de sokkal nagyobbak) és aszteroida-becsapódások (mint például amelyik a dinoszauruszok kihalásáért volt felelős). A 100 végigfuttatott minta mindegyikén a bolygó hőmérsékletét addig követtük, amíg túl meleg vagy túl hideg lett, vagy 3 milliárd évig optimális maradt, ekkor tekintettük az intelligens élet lehetséges forrásvidékének.

A szimulációs eredmények határozott választ adnak a lakhatóság problémájára, legalábbis a visszacsatolások és a szerencse fontosságát tekintve. Nagyon ritka volt (valójában csak egyszer a 100.000-ből), hogy egy bolygónak olyan erős stabilizáló visszacsatolásai voltak, hogy mind a százszor lakható maradt, függetlenül a véletlenszerű éghajlati eseményektől. Ténylegesen a legtöbb olyan bolygó, amely legalább egyszer lakható volt, 100-ból kevesebb, mint tízszer maradt az. A szimulációban szinte minden alkalommal, amikor egy bolygó 3 milliárd évig lakható maradt, részben a szerencsének köszönhette. Ugyanakkor a szerencse önmagában elégtelennek bizonyult. Azok a bolygók, amelyeket kifejezetten úgy terveztünk, hogy egyáltalán ne legyenek visszacsatolásaik, soha nem maradtak lakhatóak; véletlenszerű klíma események követték egymást, amelyek soha nem alapozták meg magukat.

Ez az általános eredmény, amely részben a visszacsatolásoktól, részben a szerencsétől függ, szilárd. A modellezés mindenféle változása nem befolyásolta. Értelemszerűen a Földnek tehát rendelkeznie kell néhány éghajlat stabilizáló visszacsatolással, ugyanakkor a jó szerencsének is részt kell vennie abban, hogy lakható maradjon. Ha például egy aszteroida vagy napkitörés valamivel nagyobb lett volna, mint volt, vagy valamivel más (kritikusabb) időpontban következett volna be, akkor valószínűleg ma nem lennénk itt a Földön. Ez más perspektívát ad arról, hogy miért áll módunkban visszatekinteni a Föld figyelemre méltó, rendkívül kiterjedt élővilágának a történetére, amely fejlődik, változatosabbá és egyre összetettebbé válik addig a pontig, amiből mi is származunk.