Ограничения для жизни на океанидах

[Searcher16]

Среди кучи кандидатов Кеплера наиболее интересным с точки зрения обитаемости, на мой взгляд, является (пока!) KOI-701.03 (правда, есть ещё KOI-812.03, но до сих пор неизвестен точный спектр его звезды) с радиусом в 1.56 земного.

В связи с тем, что он может с высокой долей вероятности оказаться океанидой (грубо оценю его массу в этом случае в 2 земных), открываю эту темку.

Как, с Вашей точки зрения, будет протекать эволюция на планетах - маленьких и комфортных (с точки зрения температуры)аналогах GJ 1214 b и Kepler-22 b, на которых воды не просто много - она составляет значительную часть от их массы?

P.S. Делимся своими соображениями, не стесняемся 

[Dem]

У меня есть большие сомнения, что на океанидах возможно возникновение многоклеточной жизни. Вся земная - изначально возникала на грунте, а дно на океаниде слишком глубоко.

[Golossvyshe]

Как, с Вашей точки зрения, будет протекать эволюция на планетах - маленьких и комфортных (с точки зрения температуры)аналогах GJ 1214 b и Kepler-22 b, на которых воды не просто много - она составляет значительную часть от их массы?
 

Если это землеподобная океанида, с глубинами порядка 10-15 км, жизнь вполне возможна, хотя эволюция затруднена. Колыбелью земной жизни и основной ареной эволюции является прибрежная литораль, открытый океан в известной мере ниша для маргиналов.

Если толща океанов порядка сотен км, возможность жизни придётся доказать. При давлении свыше 1600 атм. денатурируются самые стойкие белки. Поэтому жизни на дне океанов такой «супер-океаниды» не будет точно. Вся отмершая органика с поверхности будет захораниваться на дне без био-утилизации. Отсутствие нормального кругооборота веществ приведёт к сильному опустыниванию приповерхностных вод и деградации пищевой пирамиды, вплоть до полного исчезновения. Вся биосфера в таком случае будет состоять из одноклеточных микроводорослей при отсутствии каких-либо хищников.

Если же это «ультра-океанида», с твёрдым ядром и тысячекилометровыми толщами вод, то жизнь скорее всего там невозможна. Образование высокотемпературных модификаций льда, о коих упоминала уважаемая Вика Воробьёва, вряд ли возможно – там, на границе ядра будут тысячи градусов. Т. е. вода будет находиться даже не в виде пара – в виде горячего газа сверхвысокого давления. В газе растворов твёрдых веществ не бывает, как известно. В результате все соли и пр. будут выпадать на ядро. В результате  работы такого всепланетного дистиллятора поверхностные воды будут практически чистой водой. А в дистилляте любые микробы и водоросли гибнут.

[vika vorobyeva]

Мне кажется, преждевременно задавать себе вопрос о жизни на океанидах, когда мы еще не знаем ни физических, ни химических условий на этих планетах.
Более-менее ясно, как устроены нептуны (просто по аналогии с малыми гигантами Солнечной системы). Более-менее ясно, как устроены планеты земного типа (тоже по аналогии). Но вот что находится в интервале масс 3-10 масс Земли - совершенно не ясно.
Наиболее горячие планеты из этого диапазона - скорее всего, планеты земного типа (большие раскаленные супермеркурии, чье дневное полушарие покрыто сплошным лавовым океаном). Но пример GJ 1214 b и планет из системы Kepler-11 показывает, что в диапазоне масс 3-7 земных строение планет может быть совершенно неожиданным - например, с глубокими протяженными атмосферами из водяного пара, плотность которого плавно растет с глубиной и попадает в закритическую область (т.е. никакого океана в нашем понимании там нет, а есть все более плотный раскаленный пар, заканчивающийся на огромной глубине высокотемпературным льдом). То, что мы называем океанидами, скорее всего, вообще лишено океанов!
Океанида с жидкими океанами должна располагаться гораздо дальше от звезды, на уровне эффективной орбиты Марса. Там, где парниковый эффект в плотной атмосфере поднимет температуру поверхности планеты примерно до нуля. В этом случае основной атмосферной составляющей будет не водяной пар, а азот, кислород от фотодиссоциации воды (смешно, да) и инертные газы. Пока ни одной такой планеты не известно.
Короче, сначала надо разобраться с условиями на этих планетах, а уже потом размышлять, могут ли они быть обитаемыми.

[L_Pt]

Да, под суперземлями и океанидами может скрываться много разных типов планет.

Уже неоднократно писал – если наша океанида  это мини-нептун, который мигрировал в прохладный пояс, то шансы на оксигенную жизнь (т.е., как сейчас полагают, и на многоклеточность) приближаются у нулю. В этом случаи океан будет содержать до пару процентов гидросульфида аммония  NH₄HS.


Ну а если это просто относительно большая планета, сформированная из обычных хондритов, как и наша Земля, т.е. океан мощностью порядка 10 км, то все может быть.

[Kweni]

В газе растворов твёрдых веществ не бывает, как известно. В результате все соли и пр. будут выпадать на ядро. В результате  работы такого всепланетного дистиллятора

Такие растворы в закритическом водяном паре хорошо известны в геологии и технике
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1056.html
Поэтому, наоборот, ядро океаниды из горных пород частично либо даже полностью (если оно небольшое) растворится.

в диапазоне масс 3-7 земных строение планет может быть совершенно неожиданным - например, с глубокими протяженными атмосферами из водяного пара, плотность которого плавно растет с глубиной и попадает в закритическую область

Чем же это неожиданно? Вполне закономерно и ожидаемо

большие раскаленные супермеркурии, чье дневное полушарие покрыто сплошным лавовым океаном

Только ли дневное? Если морские течения и атмосферные ветры могут переносить тепло и выравнивать температуру по планете, почему этого не могут делать течения в океане магмы?

Океанида с жидкими океанами должна располагаться гораздо дальше от звезды, на уровне эффективной орбиты Марса. Там, где парниковый эффект в плотной атмосфере поднимет температуру поверхности планеты примерно до нуля. В этом случае основной атмосферной составляющей будет не водяной пар, а азот, кислород от фотодиссоциации воды (смешно, да) и инертные газы.

Такие планеты наиболее интересны. Учитывая то, что вода намного подвижнее силикатных горных пород, облегчаются круговороты веществ. С другой стороны, конвекция воды ведёт к более быстрому охлаждению недр планеты. Поэтому я предполагаю, что на таких планетах будет быстро зарождаться жизнь и, пожалуй, даже легче чем на планетах земного типа, но на океанидах без крупного ядра (хотя бы размером с Марс), богатого радиоактивными элементами, она долго не продержится.

В принципе даже возможно посчитать примерный химический состав океана океаниды, исходя из состава Солнца минус гелий, неон и избыток водорода.

[Klapaucius]

Океанида с жидкими океанами должна располагаться гораздо дальше от звезды, на уровне эффективной орбиты Марса. Там, где парниковый эффект в плотной атмосфере поднимет температуру поверхности планеты примерно до нуля. В этом случае основной атмосферной составляющей будет не водяной пар, а азот, кислород от фотодиссоциации воды (смешно, да) и инертные газы.

Смешного мало. Если доля кислорода велика, своя жизнь (ну похожая на земную по крайней мере) вряд ли зародится. Только слабенькая надежда на занесённую аэробную. Устойчивую к кислороду изначально.

Бедность океана различными элементами (суши нет, с дна мало что поднимается - разве что вулканизм сверхсильный) - тоже проблема.

Иногда хочется рассмотреть такой вариант. Наподобие Ганимеда-Каллисто. Холодно, древняя и мощная ледяная оболочка. На поверхность много чего падало, для праздника жизни во всей красе может и хватит. Может не как на на Земле, поскромнее или по-другому. Дальше звезда разогревалась потихоньку. Например у экватора оболочка растаяла. Остались полярные шапки. Ледяные материки. Есть суша, прибрежные зоны, мелководье, реки наверняка. Круговорот веществ. С нашей точки зрения это максимум тундра, приполярье. Снежная пустыня, максимум пингвины и белые медведи, почти никакой растительности. Но у нас такой климат появился недавно, до этого периодически появлялся и исчезал целиком, и жизнь не могла серьёзно к нему приспособиться. То что есть, демонстрирует удивительные способности по приспособлению за кратчайшие по меркам эволюции сроки.

Леса, растущие прямо на леднике, более богатом минералами чем у нас - вполне правдоподобно.
То есть вода на такой планете выполняет роль и мантии, и грунта из которого состоят материки, и свою роль воды. Если с такой планеты к нам прилетят гости, им будет всего комфортней на полюсах.

[Golossvyshe]

В газе растворов твёрдых веществ не бывает, как известно. В результате все соли и пр. будут выпадать на ядро. В результате  работы такого всепланетного дистиллятора

Такие растворы в закритическом водяном паре хорошо известны в геологии и технике
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1056.html
Поэтому, наоборот, ядро океаниды из горных пород частично либо даже полностью (если оно небольшое) растворится.

Речь не идёт о <500К и 800 атм. Речь о 2000-3000 К и сотнях тыс. атм.
Насчёт «растворения ядра» - ну тогда и ядро Урана должно быть полностью растворено в газе.

Впрочем, всё это казуистика. Поскольку «планеты-капли» вообще могут оказаться сугубо умозрительными. Примерно как планета из чистого золота.

Ну можно прикинуть на пальцах. Земля имеет среднюю водную толщу (распред. по всей поверхности) ок. 3 км.
Для того, чтобы планете, образовавшейся внутри снеговой линии, утроить эту цифру сообразно закона квадрата-куба, радиус также придётся примерно утроить. Это уже не суперземля, это нептун будет.

Так что, вероятно, даже 10 км средней толщи океана для земелек, обращающихся в р-не «эффективной земной орбиты» цифра практически недостижимая.

[Searcher16]

Толщина океана на KOI-701.03 составит, скорее всего, около 500-600 км. Если обе мантии тектонически активны, то что-то вроде "черных курильщиков" будет почти наверняка

[Golossvyshe]

Толщина океана на KOI-701.03 составит, скорее всего, около 500-600 км.

Доказательства?

[Zhak RRR]

Океанид это планета с небольшой плотностью как у Титана?! Если так то она полностью будет покрыта океан если её диаметр и масса большие конечное и сравнимы с земными! так же у красных карликов это будут свои океаниды, а у жёлтых совсем другие больше похожие на земные по условиям в теплой зоне звезды!

[Ремвер]

А на океанидах в роли жидкости всегда должна быть вода? Интересно, возможно ли существование "холодных Венер" с океанами жидкой углекислоты под плотной атмосферой?

[Foma]

Интересно, возможно ли существование "холодных Венер" с океанами жидкой углекислоты под плотной атмосферой?

Возможно, но маловероятно.
Жидкая углекислота существует только при больших давлениях и в сравнительно узком интервале температур. Надо очень постараться, чтобы на экзопланете плескались углекислотные океаны: нужна либо очень плотная атмосфера, под 100 атм, причем лучше из другого газа, либо умеренная атмосфера (5-10 атм) +  климат с диапазоном температур 220-250 К. Последний вариант должен напоминать Титан,  часть атмосферы будет зимой конденсироваться в моря и озера у полюсов, а по весне испаряться обратно.

[Просто Человек]

Обитаемые миры: конференция 2017 (13.11.2017)
Ограничения для зарождения жизни на планетах-океанах: последствия (пресс-релиз)
Авторы: T.M. Fisher, S.I. Walker, S. J. Desch, H. E. Hartnett and S. Glaser
(School of Earth and Space Exploration, Arizona State University; School of Molecular Sciences, Arizona State University)

Обитаемость планет-океанов - планет, которые в значительной степени или полностью охваченные глобальным океаном, - была предметом интереса сообщества астробиологов*, в связи с тем обстоятельством, что при необходимости воды для жизни, как мы ее знаем **, такие океанские миры могли бы оказаться вероятным кандидатом для биосфер. Однако эта характеристика может быть неточной.

На Земле основным источником фосфора в океанах является речной сток от поверхностного выветривания***. При отсутствии континентального выветривания, преобладающим источником фосфора становится подводное выветривание "felsic rock"*** (фельзитовых пород - прим. автора), и, следовательно, скорость этого выветривания - конечный результат попадания фосфора. Фосфор удаляется из океана путем седиментации через взаимодействие воды и горных пород в гидротермальных системах**** и биологического поглощения, хотя для цели нашего моделирования мы сосредоточили внимание прежде всего на первых двух вариантах. Чтобы изучить скорость и количество попадания фосфора в океаны, мы создали коробку модели Земли, где на поверхности в пять раз больше жидкости и такое же количество континентальных фельзитовых пород и использовали формулу скорости растворения минералов:
 log R = log k(H+) - n(H+)Ph*****
где R - скорость растворения,
k(H+) - внутренняя константа скорости в моль m(-2)s(-1),
n(H+) - порядок реакции по отношению к Н+.
Предполагая рН 6,7 (на основе более высокого изобилия СО2 в отсутствие снижения выбросов углерода при поверхностном химическом выветривании), log k(H+)от -4.50 и n(H+) от 0,90 (оба основаны на общих средних значениях для витлокита, мериллита, хлорапатита и фторапатита), скорости растворения прототипического фосфатсодержащего минерала приблизительно в 2,95*10(-11) моль P m(-2)s(-1).
На основе поверхности континентальных пород Земли, это устанавливает верхний предел 1,37 * 10(5) моль P в год, потерянных при
взаимодействии горных пород в гидротермальных системах. Следовательно, в отсутствие поверхностного стока (который учитывает входной поток фосфора 2,2*10(10) моль в год на Земле)****, океаны быстро остаются без фосфора.
Поскольку фосфор является одним из основных значимых питательных веществ для первичной жизни***, это может привести к перекосу в сторону олиготрофной биосферы, которая производит относительно
мало того, что связано с соответствующими биосохраняющими соединениями или "биомаркерами" (например, O2 или метан). Дальнейшее моделирование, при предварительных результатах, предполагает, что невозможно обнаружить планету-океан с биосферой как у Земли
https://www.hou.usra.edu/meetings/habitableworlds2017/pdf/4109.pdf

Реферальные ссылки по теме:
* Авторы: Franck S., Cuntz M., von Bloh W. and C. Bounama.
 Год: 2003.
 Публикация: The habitable zone of Earth- mass planets around 47 Uma: results for land and water worlds.
 Издание: International Journal of Astrobiology
** Авторы: Pohorille A. and L. Pratt.
 Год: 2012.
 Публикация: Is water the universal solvent for life?
 Издание: Origins of Life and Evolution of the Biosphere
*** Авторы: Froelich P., Bender M. and N. Luedtke.
 Год: 1982.
 Публикация: The marine phosphorus cycle.
 Издание: American Journal of Science
****Авторы: Wheat C., McManus J., Mott M., and E. Giambalvo.
 Год: 2003.
 Публикация: Ocean phosphorus imbalance: magnitude of the mid-ocean ridge flank hydrothermal sink.
 Издание: Geophysical Research Letters
***** Авторы: Adcock C., Hausrath E., and P. Forster.
 Год: 2013.
 Публикация: Readily available phosphate from minerals in early aqueous environments on Mars.
 Издание: Nature Geoscience

[Maki]

Интересный материал.

[Klapaucius]

Фосфор удаляется из океана путем седиментации через взаимодействие воды и горных пород в гидротермальных системах**** и биологического поглощения, хотя для цели нашего моделирования мы сосредоточили внимание прежде всего на первых двух вариантах.

Не понял. Где третий вариант?
И вообще, фосфор в океанидах куда именно исчезает по мнению авторов? Он должен быть в "бульоне"? У поверхности, в придонных областях?

[Maki]

Не понял. Где третий вариант?

Так это звучит в англоязычной статье по ссылке. Автор темы просто перевёл оригинальный текст.
А так вопрос действительно интересный. Без ветровой и водной эрозии континентальной коры, все минералы на океаниде переходят в морской осадок. И хотя какие-то коренные подводные породы будут "выветриваться" (сиречь размываться) - с фауной там может получиться действительно скучновато... Впрочем, исследование океанид, нашей цивилизации не светит ещё долго.

[P.V.Koroliov]

без ветровой и водной эрозии континентальной коры, все минералы на океаниде переходят в морской осадок. И хотя какие-то коренные подводные породы будут "выветриваться" (сиречь размываться) - с фауной там может получиться действительно скучновато...

Интересно. Но ведь океан на настоящей океаниде, кажется, отделён толстым слоем льда от горных пород. Дно получается полностью ледяным. Откуда вообще возьмутся  возможности для "выветривания"? Или рассматривается какая-то особенная океанида?  Много ли могут кометы и  метеороиды  минералов занести на такую планету? Неужели будет достаточно для зарождения хоть какой-нибудь фауны? 

[Klapaucius]

Не понял. Где третий вариант?

Так это звучит в англоязычной статье по ссылке. Автор темы просто перевёл оригинальный текст.

Вы можете пояснить? Фосфор вот удаляется в подводные горные породы и (неожиданно) туда же биологическим путём. А что за третий путь?

А так вопрос действительно интересный. Без ветровой и водной эрозии континентальной коры, все минералы на океаниде переходят в морской осадок. И хотя какие-то коренные подводные породы будут "выветриваться" (сиречь размываться) - с фауной там может получиться действительно скучновато... Впрочем, исследование океанид, нашей цивилизации не светит ещё долго.

Вопрос конечно интересный... Особенно изучать океаниды под ледяным панцирем. Тут кроме солнечной системы конечно долго ничего не светит.

[Klapaucius]

Интересно. Но ведь океан на настоящей океаниде, кажется, отделён толстым слоем льда от горных пород. Дно получается полностью ледяным.

То для крупной океаниды. И там лёд на дне по свойствам не будет похож на наш. То уже почти как Уран или Нептун. Хотя конечно нет, ещё далеко.