Jordens salt regulerer beboeligheten
Av David Coppedge; 19. des.2022. Oversatt herfra. {Understreking og kursiv ved oversetter.}

NASAs astrobiologiprogram lener seg sterkt på antakelsen om at ethvert sted der flytende vann kan forbli, er et potensielt sted for liv å dukke opp og utvikle seg. Følgelig har de som er interessert i spørsmålet om liv utenfor jorden vanligvis begrenset søkene sine til vannrike steder. Vanligvis var disse planeter som kretser rundt i deres spesielle 'Kontinuerlig Beboelige Sone' (KBS), definert som avstanden fra vertsstjernen der H2O kunne forbli i flytende tilstand i lange perioder. KBS har indre og ytre radier med temperaturer mellom 0 og 100°C, fryse- og kokepunkt for H2O. Hvis en planet holder seg innenfor KBS gjennom hele sin bane, anses den som 'beboelig', uansett om den har innbyggere eller ikke.
Senere astrobiologer innså at det eksisterer andre steder med flytende vann. Underlands-sjøeer er mistenkt på iskalde måner som Europa ved Jupiter, Enceladus ved Saturn, Triton ved Neptun og muligens noen få andre. Fordi på stedet undersøkelse av disse stedene er usannsynlig før langt i fremtiden, vil vi begrense diskusjonen vår til orbitale KBSer. Et forbehold om beboelige soner er at de kan migrere. Noen typer vertsstjerner blir varmere eller kjøligere over tid. KBS vil tilsvarende bevege seg utover eller innover.

Bilde 1. Satlvannsområder

Svak ung sol
Vår egen sol antas å ha vært 20 prosent kjøligere i sin tidlige historie. Siden jorden ikke kunne ha migrert innover for å tilpasse seg, skaper dette et 'svakt ung solparadoks', som astrobiologer må ta opp i sine modeller av livets historie på jorden. Hvis en svak sol førte til at Jorden gikk i bane utenfor KBS en tid, kunne den ha blitt en gigantisk 'Snøballjord' som bare så vidt kunne smelte tilbake til normalen. En snøballjord kan være en blindvei; den høye albedoen for vannis ville reflektere mer solvarme tilbake til verdensrommet. Noen tviler på at den noen gang kan komme seg. Det er derfor best å unngå snøballscenarier, i modeller av jordhistorien.

Et dypere dykk i krav til beboelighet viser at det er for forenklet å anta at det å være 'i sonen' (KBS) kvalifiserer en planet for beboelighet. Riktig atmosfære, skorpe-sammensetning, helning, skråstilling, rotasjonsperiode og andre faktorer har stor betydning for spørsmålet. Bøker som The Privileged Planet, Rare Earth og A Fortunate Universe har lagt til listen for krav, inkludert faktorer som stjerneklasse, unngåelse av tidevannslåsing og tilstedeværelse av en stabiliserende stor måne. Senest har Dentons The Miracle of Man og de tidligere bøkene i serien hans Privileged Species fokusert oppmerksomheten på essensielle kjemiske elementer for livet - over et dusin av dem - som må være tilgjengelige nær overflaten av antatte beboelige planeter. Boken hans The Wonder of Water (se videoen nedenfor) forklarer H2Os mange egenskaper som gagner livet.

Video The Wonder of Water -lenke.

Klima konsekvenser
Og likevel har en egenskap ved vann - dets ioneinnhold - i stor grad blitt neglisjert av astrobiologer. Bordsalt (NaCl) er den vanligste ioniske forbindelsen i sjøvann. Dens enkle oppløsning i vann setter opp elektriske egenskaper mellom dets positive natrium (Na+) og negative klor-ioner (Cl–). Som en artikkel diskutert nedenfor sier, "Salt påvirker sjøvannets tetthet og havdynamikk via direkte masseeffekter og gjennom sin innflytelse på ladningstetthet og ioniske interaksjoner med polare vannmolekyler." En effekt av saltholdighet er å senke frysepunktet til vann; dette er grunnen til å salte veier om vinteren.
Sjøvann på jorden inneholder i dag omtrent 35 g/kg NaCl. Har denne verdien holdt seg konstant gjennom jordens historie? Og har konsentrasjonen av salt i en planets hav noen innvirkning på dens beboelighet? Overraskende nok har forholdet mellom saltholdighet og beboelighet fått liten oppmerksomhet til nå. Nyheter fra Purdue University kunngjorde at "salt kan være nøkkelen til liv på jorden og utover." -lenke.

Bilde 2. Gass-sykluser som opprettholder livet

-Atmosfærens sammensetning, spesielt mengden av klimagasser, påvirker jordens klima. Forskere ved Purdue University, ledet av Stephanie Olson, assisterende professor i jord-, atmosfære- og planetariske vitenskaper, har nylig funnet ut at tilstedeværelsen av salt i sjøvann også kan ha stor innvirkning på jordens og andre planeters beboelighet.
Purdue-teamet modellerte effekten av saltholdighet og fant at økning eller reduksjon i havsaltkonsentrasjon har dype effekter på beboelighet. Artikkelen deres, av Olson et al., 'The Effect of Ocean Salinity on Climate and Its Impplications for Earth's Habitability,' ble publisert åpent i Geophysical Research Letters -lenke.

-Påvirkningen av atmosfærisk sammensetning på klimaet på dagens og tidlige jord har blitt studert omfattende, men rollen til havsammensetningen har fått mindre oppmerksomhet.
Et viktig funn i artikkelen er at høy saltholdighet varmer opp klimaet ved å påvirke havstrømmene. Dette kan besvare, mener forfatterne, det 'svake unge solparadokset': det vil si hvordan planeten vår unngikk Jord-snøball-scenariet når solenergien (solenergi per arealenhet, i watt per kvadratmeter) var 20 prosent lavere, ifølge teorier om stjerneutvikling for G2 hoved-sekvensstjerner, lik solen vår.
-Vi finner at saltere hav gir varmere klima i stor grad på grunn av endringer i havdynamikken. Økende saltinnhold i havet fra 20 til 50 g/kg resulterer i en 71 % reduksjon i havis-dekket i vårt nåværende jordscenario. Den samme saltholdighetsendringen halverer også pCO2-terskelen der snøballglasiasjon oppstår i våre arktiske scenarier. I kombinasjon med høyere nivåer av klimagasser som CO2 og CH4, kan et saltere hav, tillate en varm arktisk jord med bare sesongmessig is ved polene, til tross for at den mottar ~20% mindre energi fra solen.

Økologiske konsekvenser
For mye salt kan derimot være livsfiendtlig. Se planterøtter bøye seg, for å unngå salt i en nyhet fra Københavns Universitet -lenke. Purdue-forfatterne vurderte ikke effektene på organismer med 50 g/kg NaCl (deres høyeste modellverdi). Noen organismer er bemerkelsesverdig salttolerante nå, men evolusjonister tror ikke de begynte på den måten. Dødehavet, med over 340 g/kg, er dødt av en grunn. Økende saltholdighet i Californias Salton Sea har drept mesteparten av fisken som en gang tiltrakk sportsfiskere til kysten (Desert Sun). På Mars bekymrer den gjennomgripende konsentrasjonen av perklorat-salter, noen astrobiologer ang. muligheten for liv der.
Andre konsekvenser av endringer i saltholdighet som ikke er diskutert i detalj i artikkelen, inkluderer interaksjoner med andre ioner og elementer som er kritiske for livet. Å tulle med salt vil sannsynligvis føre til utilsiktede konsekvenser.

Bilde 3. Livets kretsløp dreier seg rundt vann

Fin timing
Artikkelens konklusjoner hviler på antakelser som er vanskelige å teste, og er noe tvilsomme. For eksempel kan modellering av høy saltkonsentrasjon i utgangs-punktet for å forhindre at planeten fryser under en kjøligere sol, virke som en spesiell argumentasjon (special pleading); Hvordan vet de at saltkonsentrasjonene ikke startet lavt i stedet, og økte etter hvert som vannet eroderte kontinentene? Har de et forsøksgrunnlag for å anta høyere saltholdighet tidligere? De siterer et par artikler, men bemerker at:
-Arktisk saltholdighet er fortsatt unaturlig fremtvunet (poorly constrained). Målet vårt er derfor ikke å gi et definitivt syn på et enkelt øyeblikk i jordens historie; i stedet er målet vårt, ganske enkelt å utforske klimasystemets respons på endret saltholdighet i havet, og å vurdere den potensielle betydningen av disse effektene i sammenheng med redusert sollysstyrke på den tidlige jorda.

Viktigere for et designsyn på jorden, er forholdet mellom saltholdighet og beboelighet. Er verdien av 35g/Kg NaCl en 'Gullhår'-verdi? Har saltholdighetsverdien holdt seg stabil mens livet var til stede, men variert, økt monotont eller blitt redusert før livet dukket opp? Hvis begge spørsmålene gir bekreftende svar, kan det være bevis på god timing å vurdere, en mulig homeostase i saltgeologi så vel som saltbiologi. Legg merke til den delikate balansen som følger av endringer i saltholdighet, ifølge forfatterne:
-Dagens sjøvann med en saltholdighet på 35 g/kg fryser (og er mest tett) ved -1,9C, og saltere hav fryser ved stadig lavere temperaturer. I kombinasjon kan disse tre tetthetseffektene i stor grad påvirke tetthetsstrukturen til havet, dets sirkulasjon og havvarmetransport til høye breddegrader med konsekvenser for havisdannelsen. Selv små forskjeller i havisdannelse kan gi betydelige klimaforskjeller gjennom interaksjon med de positive is-albedo -tilbakemeldingene.

Så påpeker forfatterne at saltholdighet er en dynamisk verdi. Det blir dermed avgjørende å forstå kildene og beveggrunnene til salt.
-Natrium (Na+) og klor (Cl−) er de primære ionene som bidrar til saltholdigheten i havet i dag. Oppholdstidene for Na+ og Cl− ioner i havet er henholdsvis 80 og 98 millioner år, mye kortere enn jordens alder.

Bilde 4. Bordsalt (NaCl)

Forfatterne påpeker at saltholdighet også påvirker konsentrasjonen av atmosfærisk CO2. Dette blir en annen komplikasjon som ikke tidligere er vurdert i klimamodeller. Legg merke til ordet 'tilfeldighet' i denne øye-åpnende uttalelsen:
-Salinitets-utviklingen i jordens hav er ennå ikke godt fremkommet, men konstant saltholdighet over tid vil være en bemerkelsesverdig tilfeldighet eller innebære noen foreløpig ukjente tilbakemeldinger. Klimamodeller som implisitt antar dagens saltholdighet, kan dermed gi misvisende syn på jordens klimahistorie.
Artikkelen reiser interessante nye spørsmål, mer enn den gir definitive svar:
-Det er derfor uklart om det å gjøre rede for endringer i havsalt-aerosol i vår modell vil ha stor effekt på klimaet og om disse effektene vil forsterke eller oppveie oppvarming med økende saltholdighet i våre modell-scenarier. Forholdet mellom saltholdighet i havet, atmosfærisk vanndamp, skykjerne-dannelse, nedbørsmønstre og overflatetemperatur på korte og lange tidsskalaer, er fortsatt en spennende mulighet for fremtidig arbeid.

En kritisk rolle
Det er nok sitat til å påpeke hvor kritisk salt er for beboelighet. De som er interessert i detaljene kan følge forfatternes argumenter i papiret. Det er nok å si at en planetdesigner ville ha måttet regulere en ekstra faktor - salt - for å gjøre den levelig. Flytende vann alene er ikke nok til å opprettholde en KBS. Man kan ikke tukle hensynsløst med saltkonsentrasjonen, uten å slå en planet ut av Gullhårs-sonen. Hvis modellene krever å begynne med en kjøligere sol, var det en heldig tilfeldighet å starte med høyere saltinnhold for å holde jorden varm, og deretter redusere den jevnt og trutt, etter hvert som solen ble lysere?
Purdue-forskningen legger til to faktorer til listen over krav til beboelighet som Denton, Gonzalez, Richards og andre har utarbeidet: (1) finjustering av saltkonsentrasjoner for et stabilt klima, og (2) fin timing av saltdynamikk under en skiftende solenergi-konstant. Kanskje det tross alt er noe nytt under solen: Jordens salt {i det minste oppfattet alder og betydning av det -oversetters tilføyelse}.

David Coppedge (bildet)

David Coppedge er en frilans vitenskapsreporter i Sør-California. Han har vært styremedlem i Illustra Media siden grunnleggelsen og fungerer som deres vitenskapskonsulent. Han jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i 14 år, på Cassini-oppdraget til Saturn, til han ble kastet ut i 2011 for å ha delt materiale om intelligent design, en diskriminerende handling som førte til en nasjonalt publisert rettssak i 2012. Discovery Institute støttet saken hans, men en ensom dommer dømte mot ham uten forklaring. En naturfotograf, friluftsmann og musiker, David har B.S. grader i realfagsutdanning og i fysikk og holder presentasjoner om ID og andre vitenskapelige emner.

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund