Дэвид Кэтлинг
Дэвид К. Кэтлинг — профессор наук о Земле и космосе в Вашингтонском университете . Он планетолог и астробиолог, чьи исследования направлены на понимание различий между эволюцией планет, их атмосферами и их потенциалом для жизни. Он участвовал в НАСА программе по исследованию Марса . [1] и внес вклад в исследования, которые помогут найти жизнь в других частях Солнечной системы и на планетах, вращающихся вокруг других звезд. [2] [3] Он также известен своими работами по эволюции атмосферы и биосферы Земли. [4] в том числе о том, как атмосфера Земли стала богатой кислородом, [5] позволяя сложной жизни развиваться, [6] [7] и условия, способствующие зарождению жизни . [8] [9] [10]
Биография
[ редактировать ]Дэвид Кэтлинг получил степень доктора философии. на кафедре физики атмосферы, океана и планет Оксфордского университета в 1994 году. После работы в качестве постдокторанта, а затем научного сотрудника в Исследовательском центре Эймса он стал профессором Вашингтонского университета. НАСА в 1995–2001 годах, в 2001 году С 2012 года он является профессором Вашингтонского университета. в 2023 году он был избран членом Американского геофизического союза (AGU) «за творческое понимание связи между биотой Земли и ее атмосферой на протяжении миллиардов лет».
Исследовать
[ редактировать ]В области эволюции земной атмосферы Кэтлинг известен своей теорией, объясняющей, как земная кора накопила большое количество окисленных минералов и как атмосфера стала богатой кислородом. [11] Геологические данные показывают, что кислород заполонил атмосферу во время Великого окислительного события (GOE), которое началось около 2,4 миллиарда лет назад, хотя бактерии, производившие кислород, вероятно, развились на сотни миллионов лет раньше. Теория Кэтлинга предполагает, что биологический кислород изначально использовался в реакциях с химическими веществами в окружающей среде; Однако постепенно окружающая среда Земли достигла переломного момента, когда кислород наполнил воздух. Атмосферный метан является ключевой частью этой теории. До того, как кислорода стало много, концентрация метана могла достигать в сотни или тысячи раз большей, чем сегодняшние 1,8 частей на миллион. Ультрафиолетовый свет разлагает молекулы метана в верхних слоях атмосферы, вызывая выброс газообразного водорода в космос. Со временем необратимая утечка из атмосферы водорода – мощного восстановителя – привела к окислению Земли и достижению критической точки GOE. [12] Измерения содержания атмосферного ксенона в древней морской воде, запертой внутри старых пород, опубликованные с 2010-х годов, подтверждают теорию: земной атмосферный ксенон и его более легкие изотопы, вероятнее всего, были потеряны, будучи вытянутыми в космос в результате энергичного высвобождения водорода. [13]
Другие исследования содержания кислорода в атмосфере Земли считают, что его второе увеличение около 600 миллионов лет назад стало предшественником возникновения животной жизни . Кэтлинг предложил изучить чувствительные к кислороду вариации стабильных изотопов селена , чтобы отслеживать кислород в атмосфере и морской воде, и результаты такого исследования показали, что второе увеличение содержания кислорода на Земле происходило скачкообразно и длилось примерно 100 миллионов лет. [14] [15]
Кэтлинг также внес свой вклад в первые измерения толщины атмосферы Земли миллиарды лет назад. Он помог разработать два метода: использование отпечатков ископаемых дождевых капель для установления верхнего предела плотности воздуха, который применялся к отпечаткам окаменелостей 2,7 миллиарда лет назад; [16] [17] и использование ископаемых пузырей в древних потоках лавы, что позволяет предположить, что давление воздуха 2,7 миллиарда лет назад было менее половины давления современной атмосферы. [18] [19]
Кэтлинг также исследовал эволюцию атмосферы и поверхности Марса. [20] В 1990-х годах он стал пионером в исследовании того, как типы солей из высохших озер и морей на Марсе могут указывать на окружающую среду в прошлом и был ли Марс пригоден для жизни. [21] С тех пор открытие солей и глины на дне бывших озер стало ключевым успехом миссий НАСА и ЕКА на Марс . Кэтлинг входил в научную группу миссии NASA Phoenix Lander , которая в 2008 году стала первым космическим кораблем, приземлившимся в богатых льдом высоких широтах Марса. Кэтлинг внес свой вклад в исследования, в том числе первый сбор водяного льда с помощью спускаемого аппарата из-под поверхности Марса. [22] и первое измерение растворимых солей в марсианской почве, включая pH почвы . [23] В ходе экспериментальной работы с Джонатаном Тонером по изучению низкотемпературных растворов перхлоратных солей, обнаруженных на Марсе, Тонер и Кэтлинг обнаружили, что такие растворы очень охлаждаются и никогда не кристаллизуются. [24] Перхлораты образуют стекла ( аморфные твердые вещества ) при температуре около -120 °C. Известно, что стекла гораздо лучше сохраняют микробы и биологические молекулы, чем кристаллические соли, что может иметь отношение к поиску жизни на Марсе , спутнике Юпитера Европе и спутнике Сатурна Энцеладе .
В области атмосфер планет Дэвид Кэтлинг и Тайлер Робинсон предложили общее объяснение любопытному наблюдению: минимальная температура воздуха между тропосферой (самый нижний слой атмосферы, где температура снижается с высотой) и стратосферой (где температура увеличивается с высотой в атмосфере). инверсия ') возникает при давлении около 0,1 бар на Земле, Титане, Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Этот уровень является тропопаузой . Робинсон и Кэтлинг использовали физику радиации, чтобы объяснить, почему минимум температуры тропопаузы в этих чрезвычайно разных атмосферах происходит при одинаковом давлении. [25] Они предполагают, что давление около 0,1 бар может быть довольно общим правилом для планет со стратосферными инверсиями температуры. Это правило может ограничить структуру атмосферы экзопланет и, следовательно, температуру их поверхности и обитаемость.
Работа Кэтлинга и его учеников также является первой, которая позволила точно количественно оценить термодинамическое неравновесие в планетных атмосферах Солнечной системы, которое было предложено в качестве средства дистанционного поиска жизни. [2] [26] [27]
Работает
[ редактировать ]Дэвид Кэтлинг является автором более 150 научных статей и глав книг. Он является автором следующих книг:
- Кэтлинг, Дэвид К. Астробиология: очень краткое введение , Oxford University Press, Оксфорд, 2013, ISBN 0-19-958645-4 .
- Кэтлинг, Дэвид К.; Кастинг, Джеймс Ф. Эволюция атмосферы на обитаемых и безжизненных мирах . Издательство Кембриджского университета. Кембридж, 2017. ISBN 978-0521844123 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шапиро, Нина (апрель 2015 г.). «Поскольку новая космическая гонка накаляется, Марс снова манит» . Сиэтлский еженедельник . Архивировано из оригинала 22 августа 2016 г. Проверено 21 августа 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Криссансен-Тоттон, Дж.; Бергсман, Д.С.; Кэтлинг, округ Колумбия (2016). «Об обнаружении биосфер по химическому неравновесию в планетных атмосферах». Астробиология . 16 (1): 39–67. arXiv : 1503.08249 . Бибкод : 2016AsBio..16...39K . дои : 10.1089/ast.2015.1327 . ПМИД 26789355 . S2CID 26959254 .
- ^ Криссансен-Тоттон, Дж.; Швитерман, Э.; Чарней, Б.; Арни, Г.; Робинсон, Т.Д.; Медоуз, В.; Кэтлинг, округ Колумбия (2016). «Является ли бледно-голубая точка уникальной? Оптимизированные фотометрические полосы для идентификации планет земного типа» . Астрофизический журнал . 817 (1): 31. arXiv : 1512.00502 . Бибкод : 2016ApJ...817...31K . дои : 10.3847/0004-637X/817/1/31 . S2CID 119211858 .
- ^ Катлинг, Дэвид С.; Занле, Кевин Дж. (2020). «Архейская атмосфера» . Достижения науки . 6 (9): eaax1420. Бибкод : 2020SciA....6.1420C . дои : 10.1126/sciadv.aax1420 . ПМК 7043912 . ПМИД 32133393 . Проверено 5 августа 2022 г.
- ^ Кэтлинг, округ Колумбия (2014). «Великий переход событий окисления». В Голландии, HD; Турекян, К.К. (ред.). Трактат по геохимии (второе изд.). Амстердам: Эльзевир . стр. 177–195. дои : 10.1016/B978-0-08-095975-7.01307-3 . ISBN 9780080983004 .
- ^ Кэтлинг, округ Колумбия; Гляйн, ЧР; Занле, К.Дж.; Маккей, CP (июнь 2005 г.). «Почему O 2 необходим сложной жизни на обитаемых планетах и концепция планетарного «времени оксигенации». Астробиология . 5 (3): 415–438. Бибкод : 2005AsBio...5..415C . doi : 10.1089/ast. 2005.5.415 . ПМИД 15941384 .
- ^ Дормини, Брюс (2012). «Почему инопланетяне также дышат кислородом» . Журнал Форбс . Проверено 21 августа 2016 г.
- ^ Андерсон, Пол Скотт. «Помогли ли богатые фосфором озера дать толчок жизни на Земле?» . ЗемляНебо . EarthSky Communications Inc. Проверено 5 августа 2022 г.
- ^ Тонер, Джонатан Д.; Кэтлинг, Дэвид К. (2019). «Обстановка щелочного озера для концентрированного пребиотического цианида и происхождение жизни» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 260 : 124–132. Бибкод : 2019GeCoA.260..124T . дои : 10.1016/j.gca.2019.06.031 . S2CID 198356131 .
- ^ Занле, Кевин Дж.; Лупу, Роксана; Кэтлинг, Дэвид К.; Воган, Н. (2020). «Создание и эволюция уменьшенных атмосфер ранней Земли, возникших в результате удара» . Планетарный научный журнал . 1 (1): 11. arXiv : 2001.00095 . Бибкод : 2020PSJ.....1...11Z . дои : 10.3847/psj/ab7e2c . S2CID 209531939 .
- ^ Кэтлинг, округ Колумбия; Занле, К.Дж.; Маккей, CP (2001). «Биогенный метан, утечка водорода и необратимое окисление ранней Земли». Наука . 293 (5531): 839–843. Бибкод : 2001Sci...293..839C . CiteSeerX 10.1.1.562.2763 . дои : 10.1126/science.1061976 . ПМИД 11486082 . S2CID 37386726 .
- ^ Занле, К.Дж.; Кэтлинг, округ Колумбия «В ожидании кислорода». В Шоу, Г.Х. (ред.). Специальный документ 504: Ранняя атмосфера Земли и приземная среда . Геологическое общество Америки . стр. 37–48.
- ^ Занле, Кевин Дж.; Гачеса, Марк; Кэтлинг, Дэвид К. (2019). «Странный посланник: новая история водорода на Земле, рассказанная ксеноном» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 244 (1): 56–85. arXiv : 1809.06960 . Бибкод : 2019GeCoA.244...56Z . дои : 10.1016/j.gca.2018.09.017 . S2CID 119079927 . Проверено 5 августа 2022 г.
- ^ Погге фон Страндманн, П.; Стюкен, Э.Э.; Эллиотт, Т.; Поултон, Юго-Запад; Делер, CM; Кэнфилд, Делавэр; Кэтлинг, округ Колумбия (2015). «Изотопы селена свидетельствуют о прогрессирующем окислении неопротерозойской биосферы» . Природные коммуникации . 6 : 10157. Бибкод : 2015NatCo...610157P . дои : 10.1038/ncomms10157 . ПМЦ 4703861 . ПМИД 26679529 .
- ^ «Кислород обеспечил дыхание жизни, позволившее животным развиваться» . Вашингтон.edu . Проверено 31 января 2016 г.
- ^ Сом, СМ; Кэтлинг, округ Колумбия; Харнмейер, JP; Поливка, ПМ; Бьюик, Р. (2012). «Плотность воздуха 2,7 миллиарда лет назад была ограничена вдвое ниже современного уровня из-за отпечатков ископаемых дождевых капель». Природа . 484 (7394): 359–362. Бибкод : 2012Natur.484..359S . дои : 10.1038/nature10890 . ПМИД 22456703 . S2CID 4410348 .
- ^ Мардер, Дженни (2012). «Что форма для выпечки и лак для волос рассказали нам о древней атмосфере Земли» . Час новостей PBS . Проверено 21 августа 2016 г.
- ^ Сом, СМ; Бьюик, Р.; Хагадорн, JW; Блейк, Т.С.; Перро, Ж.М.; Харнмейер, JP; Кэтлинг, округ Колумбия (2012). «Давление воздуха на Земле 2,7 миллиарда лет назад ограничивалось менее чем половиной современного уровня». Природа Геонауки . 9 (6): 448–451. Бибкод : 2016NatGe...9..448S . дои : 10.1038/ngeo2713 . S2CID 4662435 .
- ^ «Любопытная легкость ранней атмосферы» . Экономист . Том. 419, нет. 8989. 14–20 мая 2012. С. 69–70.
- ^ Кэтлинг, Дэвид К. (4 августа 2014 г.). «Атмосфера Марса: история и взаимодействие с поверхностью». Ин Спон, Т.; Брейер, Д.; Джонсон, ТВ (ред.). Энциклопедия Солнечной системы (Третье изд.). Амстердам: Эльзевир. стр. 343–357. ISBN 9780124158450 .
- ^ Кэтлинг, округ Колумбия (1999). «Химическая модель эвапоритов на раннем Марсе: возможные осадочные индикаторы раннего климата и последствия для исследований» . Журнал геофизических исследований . 104 (E7): 16, 453–16, 470. Бибкод : 1999JGR...10416453C . дои : 10.1029/1998JE001020 . S2CID 129783260 .
- ^ Смит, PH; Тамппари, Л.; Арвидсон, Р.Э.; Бас, Д.С.; Блейни, Д .; Бойнтон, Западная Вирджиния; Карсвелл, А.; Кэтлинг, округ Колумбия; и др. (2009). «H2O на посадочной площадке Феникса». Наука . 325 (5936): 58–61. Бибкод : 2009Sci...325...58S . дои : 10.1126/science.1172339 . ПМИД 19574383 . S2CID 206519214 .
- ^ Хехт, Миннесота; Кунавес, СП; Куинн, Колорадо; Уэст, С.Дж.; Молодой, SMM; Мин, Д.В.; Кэтлинг, округ Колумбия; Кларк, Британская Колумбия; Бойнтон, Западная Вирджиния; Хоффман, Дж.; ДеФлорес, LP; Господинова, К.; Капит, Дж.; Смит, PH (2009). «Обнаружение перхлората и растворимого химического состава марсианской почвы: результаты марсианского корабля Феникс». Наука . 325 (5936): 64–67. Бибкод : 2009Sci...325...64H . дои : 10.1126/science.1172466 . ПМИД 19574385 . S2CID 24299495 .
- ^ Тонер, Джей Ди; Кэтлинг, округ Колумбия; Лайт, Б. (2014). «Образование переохлажденных рассолов, вязких жидкостей и низкотемпературных стекол на Марсе». Икар . 233 : 36–47. Бибкод : 2014Icar..233...36T . дои : 10.1016/j.icarus.2014.01.018 .
- ^ Робинсон, Т.Д.; Кэтлинг, округ Колумбия (2014). «Обычная тропопауза при давлении 0,1 бар в плотной атмосфере, обусловленная инфракрасной прозрачностью, зависящей от давления». Природа Геонауки . 7 (1): 12–15. arXiv : 1312.6859 . Бибкод : 2014NatGe...7...12R . дои : 10.1038/NGEO2020 . S2CID 73657868 .
- ^ Хикки, Ханна. «Новое «атмосферное неравновесие» может помочь обнаружить жизнь на других планетах» . Новости УВ . Университет Вашингтона . Проверено 5 августа 2022 г.
- ^ Криссансен-Тоттон, Джошуа; Олсон, Стефани; Кэтлинг, Дэвид К. (2018). «Неравновесные биосигнатуры в истории Земли и их значение для обнаружения жизни на экзопланетах» . Достижения науки . 4 (1): eaao5747. arXiv : 1801.08211 . Бибкод : 2018SciA....4.5747K . дои : 10.1126/sciadv.aao5747 . ПМЦ 5787383 . ПМИД 29387792 . S2CID 13702047 .
| Международный | |
|---|---|
| Национальный | |
| академики | |
| Другой | |
