Сколько нужно минимум звездного времени для появления высоко развитой жизни?

[дерево]

Могут ли на планете быстро (ограничиваясь лишь скоростью эволюции организмов) развиться сложные формы жизни при удачном положении планеты или процесс эволюции звезды ограничивает скорость эволюции жизни на планете?

Planetary Magnetic Fields and Solar Forcing: Implications

Судя по истории развития жизни на Земле зона, с возможной высокоразвитой жизнью, когда мало углекислоты и преобладает парниковый эффект от воды, является очень узкой (синие полосы на рисунке). Минимум ~90% от сегодняшнего потока тепла, так как он соответствует ~0,6 млрд.лет в прошлом, когда произошло массовое развитие многоклеточных. Максимум ~110%, так как затем начнётся испарение океанов и сильный парниковый эффект от воды. Сегодня эта зона для Солнца лежит в пределах ~140...157 млн.км, а у молодого Солнца с мощностью ~70% была на расстоянии ~115...130 млн.км.

Но на молодой планете изначально большое содержание углекислоты и других парниковых газов, которые создают сильный парниковый эффект. У молодой земли предполагается температура +45...+85°C, то есть геологические процессы не способны сильно снизить содержание углекислоты. Соответственно область с условиями возникновения жизни (оранжевые полосы на рисунке) находятся заметно дальше, чем с высокоразвитой жизнью. Похоже, что Земля образовалась как раз на горячем краю области, пригодной для зарождения жизни.

В итоге появившейся примитивной жизни придётся долго ждать, пока звезда достаточно нагреется, и при этом медленно снижать содержание углекислоты, пока в итоге не смогут развиться сложные формы. Если же планета возникнет в синей области ещё у молодой звезды, то изначальная температура может не позволить появится жизни, хотя после удаления парниковых газов (кроме воды) планета бы и имела отличные условия.

Получается, что для появления высоко развитой жизни нужно времени не меньше, чем для возрастания мощности родительской звезды более, чем в ~1,2 раза. Соответственно скорее всего нет местной высоко развитой жизни у молодых звёзд, которыми являются все красные карлики (так как живут они дольше 100 млрд.лет), и для каждого класса звёзд есть минимальный абсолютный возраст, уменьшающийся с ростом температуры.

Также это повышает минимальную температуру звезды при удалении в прошлое, где могла бы появится высокоразвитая жизнь. А чем выше температура, тем реже встречаются звезды (исключая самые холодные КК). В итоге снижается вероятное количество цивилизаций.

[Lieut]

Всегда считал что появлению высокоразвитой жизни лимитировало низкое содержание кислорода. Высокое содержание углекислого газа ей само по себе никак не мешает. А свободный кислород долго не мог накопиться в атмосфере, пока не были окислены все железо- и серосодержащие минералы на поверхности.

Успел бы кислород начать накапливаться еще при больших значений углекислоты в атмосфере - мы бы получили несколько иную биосферу, приспособленную к другим условиям, но на тех же основах.

[armadillo]

Минимум 91% от сегодняшнего потока тепла, так как он соответствует 0,5 млрд.лет в прошлом, когда произошло массовое развитие многоклеточных. Максимум 110%, так как затем начнётся испарение океанов и сильный парниковый эффект от воды.

все такие спекуляции являются "крайне некритичными", мягко говоря, с заявлениями такой "точности"

массовое развитие многоклеточных произошло 0.5млрд лет назад не потому, что излучение солнца было ххх.ууу единиц, а потому, что к тому времени цианобактерии  наконец переработали наличный СО2 в осадочные породы (на что потребовалось 3 млрд лет) и содержание свободного кислорода стало расти, так как в основном поверхность наконец стала окисленной.

тепловой баланс планеты намного сильнее, чем десятки процентов, зависит от ее конфигурации, океанов, течений и воздушных масс.
перекройте пролив дрейка и Антарктида растает.
заверните гольфстрим, и климат радикально изменится.
уберите австралийские горы, останавливающие влажные воздушные потоки, и она вся зазеленеет.

и нам тяжеловато прикидывать разные варианты, когда текущий пример - планета типа "океан".

если прикидывать "минимально возможный" вариант, то будет много разных прикидок с оптимальным климатом в каждой точке.
Но все равно все упрется в скорость переработки СО2.

уменьшите объем атмосферы СО2, и уроните комету с азотом после создания кислородной атмосферы.

[дерево]

Всегда считал что появлению высокоразвитой жизни лимитировало низкое содержание кислорода. Высокое содержание углекислого газа ей само по себе никак не мешает. А свободный кислород долго не мог накопиться в атмосфере, пока не были окислены все железо- и серосодержащие минералы на поверхности.

массовое развитие многоклеточных произошло 0.5млрд лет назад не потому, что излучение солнца было ххх.ууу единиц, а потому, что к тому времени цианобактерии  наконец переработали наличный СО2 в осадочные породы (на что потребовалось 3 млрд лет) и содержание свободного кислорода стало расти, так как в основном поверхность наконец стала окисленной.

Согласен. Но процесс образования кислорода происходит при поглощении углекислоты, а из-за её поглощения снижается температура и скорость переработки.

Но все равно все упрется в скорость переработки СО2.

Которая частично зависит от температуры. Если бы Солнце быстрее грелось, то кислород бы раньше накопился.

тепловой баланс планеты намного сильнее, чем десятки процентов, зависит от ее конфигурации, океанов, течений и воздушных масс.

Локальный? Бесспорно. Но средняя по планете уже определяется средним содержанием парниковых газов и тепловым потоком от звезды.

уменьшите объем атмосферы СО2, и уроните комету с азотом после создания кислородной атмосферы.

Одна комета не сможет ощутимо повлиять. А в большом их количестве отношение C:N:O примерно одинаковое, значит если мало CO², то и H₂O с N₂ в итоге будет мало.

[armadillo]

Которая частично зависит от температуры. Если бы Солнце быстрее грелось, то кислород бы раньше накопился.

какую температуру считаем наивыгоднейшей? 20? 45? 80?
где, на полюсе, на экваторе или на фарсиде?

Локальный? Бесспорно. Но средняя по планете уже определяется средним содержанием парниковых газов и тепловым потоком от звезды.

средняя по планете она как по больнице. и даже СРЕДНЯЯ суточная может быть сравнима на побережье и в пустыне. но есть нюансы...

тепловой баланс определяется еще альбедо (ледяные шапки), а они определяются формой течений - степенью изоляции полюсов и качеством доставки тепла к ним.
содержание парниковых газов определяется площадью зеркала испарения и его расположением (экватор или полюса). что зависит от текущего расположения континентов и перепада высот.
да, при атмосфере из СО2, в начале пути, это не так критично, как при кислородной.

(да, в среднем такой разброс увеличивает риски выйти за пределы зоны сбалансированности).

Одна комета не сможет ощутимо повлиять. А в большом их количестве отношение C:N:O примерно одинаковое, значит если мало CO2, то и H2O с N2 в итоге будет мало.

для земли или венеры да. а для марса?

[Nucleosome]

вообще появление многоклеточных примерно совпадает со временим "Земли-снежка", то есть максимально холожной эпохи Земли вообще. конечно есть много спекуляций о том насколько именно велика была площадь льдов, но то, что она была огромна и все континеты выглядили тогда примерно как сейчас Гренландия и хуже - почти точно. а для жизни в итоге важны не проценты в изменеии светимости звезды - фотосинтез этого почти и не заметит, а температура на поверхности. так что эволюция звезды оказывает очень мало влияния на эволюцию жизни.
разговоры же о том, что светимость Солнца может быть от 91% до 110% от нынешней для многоклеточных тоже имеют слабые основания

[armadillo]

освещения сейчас для фотосинитеза избыточно.
многие растения блокируют фотосинтез в полуденный период.

и странно сравнивать местные растения, приспособленные для конкуренции в текущем окружении, с приспособленными к другому.

[ЕАМ.]

Могут ли на планете быстро (ограничиваясь лишь скоростью эволюции организмов) развиться сложные формы жизни при удачном положении планеты

Полагаю, что многое в темпе развития биосферы определяется именно ее местоположением в системе.
Рассуждаю так: берем две совершенно одинаковые планеты по массе и размеру (а так же по атмосфере и гидросфере), только одна из планет ближе к звезде, вторая дальше от нее. Вроде бы разницы никакой, однако, ближняя из планет облетает свою звезду быстрее (скажем вдвое быстрее, для простоты) чем дальняя.
 К чему это приводит?
А к тому, что смена сезонов на ближней планете идет вдвое интенсивнее, чем на дальней!
 Пока на дальней планете происходит тысяча смены поколений, к примеру, однолетних растений, на ближней успевает произойти уже две тысячи таких смен. Со всеми эволюционными последствиями.
Не утверждаю прямую зависимость, но, очевидно, что скорость эволюции биосферы выше на планете, которая (при всех прочих равных условиях) ближе расположена к своей звезде.

[crazy_terraformer]

Могла бы вырисовываться квадратичная зависимость увеличения биомассы по мере приближени орбиты планеты к звезде, но вопрос с перегрузкой фотосинтетического аппарата энергией и роста облачности. Ессно, это всё про зону обитаемости.
Далее,допустим, берём терраформированный Марс, будет ли там облачность из кристаллов углекислого газа на больших высотах? Насколько она будет плотной?
На терраформированной Венере будет облачный экран с центром в подсолнечной точке,  наиболее плотный в центре и постепенно истончающийся к терминатору и полюсам. Постоянное испарение и стена воды в передвигающейся центральной области. Влажный воздух поднимается в центре вверх адиабатически расширяясь, в результате охлаждаясь, иссушается двигаясь к терминатору, вода полностью выпадает на дневной стороне, сухой холодный воздух падает вниз в центральной области ночной стороны, адиабатически нагреваясь и разогревая поверхность планеты. Ночное небо ясное и не препятствует оттоку тепла с планеты в виде ИК-излучения.
Плотная облачность терраформированной Венеры — то же проблема для фотосинтетиков
Чтобы эволюционировать, надо плодиться, чтобы плодиться нужна энергия.

[mbrane]

Согласен. Но процесс образования кислорода происходит при поглощении углекислоты, а из-за её поглощения снижается температура и скорость переработки.

кхе-кзе...процесс образования кислорода при фотосинтеза происходит из - за фотолиза воды...цмкл кальвина (фиксация углекислоты)сопряженнный с этим процесс... содержание углексослоты регулируется карбонатным равновесием в океане...а весь мзбыток куглексилоты пошел не на фотоминтез, а в основном на выветриваниегорных пород

[mbrane]

средняя по планете она как по больнице. и даже СРЕДНЯЯ суточная может быть сравнима на побережье и в пустыне. но есть нюансы...

токмо при 70% яркости звезды ссредняя температура падает с 250 К  до 230 К и никаие австралийские нгоры с гольфстримом не помогут...

[armadillo]

даже на венере? еще раз - не надо так буквально воспринимать эти заявления про "ширину полосы жизни с точностью до трех знаков"

и хорошо бы общими усилиями прикинуть для звезд каких спектров какие газы будут парниковыми, а какие - отражателями

[armadillo]

а весь мзбыток куглексилоты пошел не на фотоминтез, а в основном на выветриваниегорных пород

выветривание - что имелось в виду?

есть шанс, что избыток кислорода пошел на окисление уже получившейся биомассы.

я имею в виду, что текущее парциальное давление кислорода - предельное сверху, и постоянно корректируется лесными пожарами. не теми, что у нас в сибири, а естественными.
и еще вопрос, во сколько раз больше его было переработано и на чо пошел, кроме окисления железа и серы.

[Lieut]

выветривание - что имелось в виду?

Если очень коротко, реакция
CaSiO₃ + CO₂ = CaCO₃ + SiO₂
Образование из первичных магматических пород глин, сланцев, песка и т.д.

есть шанс, что избыток кислорода пошел на окисление уже получившейся биомассы.

Конечно большая часть кислорода расходовалась на окислении органики. Чтобы кислород начал накапливаться, часть органики должна консервироваться, что происходит в глубоких водах океана и в болотах.
Это два независимых процесса, связанные только одним источником сырья. Первый (как минимум на Земле) на несколько порядков более мощный.

и еще вопрос, во сколько раз больше его было переработано и на чо пошел, кроме окисления железа и серы.

Больше не на что. Все остальное (марганец и еще более редкие элементы) это доли процентов от железа с серой.

[дерево]

какую температуру считаем наивыгоднейшей? 20? 45? 80?

Так, чтобы до +40 имела наибольшая площадь большую часть года, то есть экватор и прилегающие территории.

Одна комета не сможет ощутимо повлиять. А в большом их количестве отношение C:N:O примерно одинаковое, значит если мало CO2, то и H2O с N2 в итоге будет мало.

для земли или венеры да. а для марса?

Наверно для всех планет, ведь источников служат похожие кометы издалека, лишь случайно падающие на ту или другую планету, с вероятностью определяемой размерами планеты и орбиты. Здесь написано предполагаемой начальное давление 3 кПа азота и 100 кПа углекислоты, то есть 1:33, что близко к современным 1:27 на Венере. Сильно отличается общее количество.

вообще появление многоклеточных примерно совпадает со временим "Земли-снежка", то есть максимально холожной эпохи Земли вообще.

Но что здесь причина и что следствие? Многотканевые из-за холода? Или холод из-за отсутствия углекислоты, а многотканевые животные из-за наличия кислорода? Но при этом была общая причина, приведшая к снижению углекислоты и росту кислорода? И был ли период долгого холода единственный, может раньше многократно были падения температуры при поглощении углекислоты, а потом долгое её восстановление в холоде?

разговоры же о том, что светимость Солнца может быть от 91% до 110% от нынешней для многоклеточных тоже имеют слабые основания

Согласен, был не прав, что писал числа как точные. Но похоже, что где-то рядом с 90% граница есть. Ведь лишь 0,65 млрд.лет назад при Солнце 89% массово развились настоящие многоклеточные (но много проще следующих за ними) и лишь 0,54 млрд. лет назад при 91% Солнца произошёл кембрийский взрыв. Но до этого ~3 млрд.лет массовых многоклеточных не было.

Полагаю, что многое в темпе развития биосферы определяется именно ее местоположением в системе.

Конечно зависит. Но в теме вопрос в том, что возможно зона возникновения жизни в молодой атмосфере с сильным парниковых эффектом (оранжевые полосы) лежит много дальше зоны высокоразвитой жизни с небольшим парниковым эффектом (синие полосы), поэтому должно пройти время, пока звезда разогреется и планета из оранжевой зоны перейдёт в синюю, что произошло с землёй на протяжении за ~3 млрд.лет.

содержание углексослоты регулируется карбонатным равновесием в океане...а весь мзбыток куглексилоты пошел не на фотоминтез, а в основном на выветриваниегорных пород

С участием жизни. А без неё на молодой Земле было несколько атмосфер углекислоты и это при <80% Солнца.

[Lieut]

Так, чтобы до +40 имела наибольшая площадь большую часть года, то есть экватор и прилегающие территории.

А почему не 80? То что мы не любим такую температуру так это адаптация к земным условиям, а не свойство жизни вообще.

Наверно для всех планет, ведь источников служат похожие кометы издалека, лишь случайно падающие на ту или другую планету, с вероятностью определяемой размерами планеты и орбиты. Здесь написано предполагаемой начальное давление 3 кПа азота и 100 кПа углекислоты, то есть 1:33, что близко к современным 1:27 на Венере. Сильно отличается общее количество.

Кометы – не единственный и не основной источник летучих веществ во внутренних планетах. Предполагается что они появились в ядре вместе с труднолетучими соединениями еще в составе планетоземалей во время образования планет. Источником азота служат нитриды, углерода – карбиды, которые всегда встречаются в энстатитовых хондритах. А вода – в виде химически связанной в силикатах.
Нитриды и карбиды очень труднолетучи, их содержание практически не менялось от Марса к Венере (и скорее всего к Меркурию), а вот содержание куда более летучей воды (пусть и химически связанной) резко падало по приближении к Солнцу.

С участием жизни. А без неё на молодой Земле было несколько атмосфер углекислоты и это при <80% Солнца.

На молодой Земле вулканизм был на порядки активнее современного. Потому и углекислоты было соответственное количество. А так для химического выветривания и вывода углекислоты из атмосферы достаточно гидросферы с твердой силикатной сушей. Участие жизни там не обязательно.

[viesis]

вообще появление многоклеточных примерно совпадает со временим "Земли-снежка", то есть максимально холожной эпохи Земли вообще.

Но что здесь причина и что следствие? Многотканевые из-за холода? Или холод из-за отсутствия углекислоты, а многотканевые животные из-за наличия кислорода? Но при этом была общая причина, приведшая к снижению углекислоты и росту кислорода? И был ли период долгого холода единственный, может раньше многократно были падения температуры при поглощении углекислоты, а потом долгое её восстановление в холоде?

Насколько я знаю, многоклеточные организмы существуют только при достаточно высокой концентрации свободного кислорода. Эта концентрация в свою очередь строго не зависит от содержания углекислого газа, и влияние холода соответственно еще труднее проследить.

[mbrane]

С участием жизни. А без неё на молодой Земле было несколько атмосфер углекислоты и это при <80% Солнца.

То есть на выетривание горных пород (силикатов) мы накладываем епитимию? А шо там с латеризацией в тропическом поясе? а при температуре +40...тропическия пояс распотранялся до полярных широт - не...

[mbrane]

есть шанс, что избыток кислорода пошел на окисление уже получившейся биомассы.

для того что бы биомасса (улерод в промежуточной степни оисления)  образовалось нужно сначала углекислоту восстановить ( сейчас это идет в цикле кальвина сопряженном к фотосинтезу)...А во время фотосинтеза как раз и получается нелобходимы кислород , за счет фотодиза воды ...я ужо об этом писал

[mbrane]

я имею в виду, что текущее парциальное давление кислорода - предельное сверху, и постоянно корректируется лесными пожарами. не теми, что у нас в сибири, а естественными.

в мезозое да  - содержание кислорода - было выше современного, благодаря чему находят огромных стрекоз (их размер связан с энергоснабжением, а оно связано с парциальным давлением кислорода - ибо по сути диффузия)