¿Qué concentración de oxígeno en una atmósfera planetaria sería indicativa de vida?

Yo diría que ningún nivel específico de oxígeno atómico o molecular en la atmósfera es indicativo de vida basada en el carbono (es decir, la vida tal como la conocemos en la Tierra). Un planeta podría tener una atmósfera rica en oxígeno que podría deberse a reacciones termoquímicas que ocurren naturalmente (por ejemplo, la reacción de Sabatier / Bosch ), la pérdida de hidrógeno en el vapor de agua a través del escape atmosférico y la capacidad de retener el oxígeno más pesado, incluso por liberación térmica / magmática. de oxígeno en minerales de óxido .

Por otro lado, también conocemos organismos anaerobios , algunos de los cuales ( anaerobios obligados ) no toleran un ambiente rico en oxígeno y son esencialmente asesinados por su presencia en concentraciones notables. Entonces tenemos ambos extremos de control con una correlación no indicativa; la vida basada en el carbono podría existir incluso sin oxígeno molecular o atómico presente en el medio ambiente y se desarrollan formas de vida que no lo utilizan directamente en su metabolismo, y no lo liberan como un subproducto metabólico, y al mismo tiempo altas concentraciones de el oxígeno atmosférico podría deberse a otras causas inorgánicas.

Sin embargo, podría ser más interesante que medir la composición atmosférica y la cantidad de oxígeno en promedio, medir los cambios en la composición atmosférica durante los ciclos diurnos del planeta, los cambios estacionales y, de lo contrario, descubrir que potencialmente tiene un papel en el metabolismo de la vida basada en el carbono. Otros subproductos metabólicos podrían ser potencialmente más indicativos de la actividad de la vida, como pequeñas cantidades de metano que podrían originarse a través de la metanogénesis y que cambian de concentración a medida que el entorno cambia diariamente o estacionalmente. La proporción que cambia periódicamente de otros gases atmosféricos, incluso en pequeñas cantidades y los cambios no pueden explicarse por procesos inorgánicos, también podría ser más indicativo de vida que la presencia de oxígeno en sí.

Como dijo @TidalWave, ningún nivel específico de oxígeno es suficiente por sí mismo para indicar potencialmente vida. Sin embargo, según este artículo , lo que buscan los astrónomos es la combinación de oxígeno y metano en una sola atmósfera.

Tanto el oxígeno como el metano se pueden crear de forma independiente mediante procesos no vivos, por lo que su presencia individual tiene poco interés. Lo que buscan los científicos es a ambos en la atmósfera de un solo cuerpo. Si estos gases reactivos no se reponen constantemente por los seres vivos, reaccionarán entre sí, creando dióxido de carbono y agua. Como resultado, no deberíamos observarlos en la misma atmósfera sin una gran fuente viva.

El artículo en sí trata sobre un estudio que sugiere que podemos engañarnos al detectar ambas firmas de un exoplaneta con una exoluna con atmósferas opuestas (es decir, una es O2, la otra es CH4), y es bastante interesante.

El primer tercio de la propia existencia de la Tierra tenía un oxígeno atmosférico insignificante. La vida (simple) existió durante unos cientos de millones de años de este período. Por lo tanto, el oxígeno atmosférico no se correlaciona con la vida en un planeta.

El oxígeno es un elemento altamente reactivo. El oxígeno gaseoso se combina rápidamente con otros elementos. Si hay una gran cantidad de oxígeno libre en la atmósfera, después de una cantidad significativa de tiempo geológico, es razonable suponer que hay algún proceso que lo libera continuamente para compensar lo que se pierde en la oxidación.

En nuestro planeta, ese proceso es la fotosíntesis realizada por plantas vivas.

Eso no significa que ningún otro mecanismo sea posible, pero sí sugiere que ALGO inusual e interesante está sucediendo que está impulsando una reacción contraria a su flujo natural.

El oxígeno es aproximadamente el 1% de la masa del universo. Eso sugiere que al mirar cualquier muestra aleatoria de masa en todo el universo, esperaría ver un 1% de oxígeno. Ahora, por supuesto, no le sorprendería ver concentraciones más altas y concentraciones más bajas en una muestra dada, pero cuanto mayor sea el tamaño de la muestra, más probable es que el valor se acerque al 1%.

La atmósfera de un planeta rocoso como la Tierra es una pequeña fracción de la masa del planeta (8,6134 × 10 ^ -5% para la Tierra). Sin embargo, si asumimos que el contenido de oxígeno en el núcleo y en la superficie de un planeta rocoso sin vida es similar, podemos suponer fácilmente que cualquier planeta sin vida debería tener alrededor del 1% de oxígeno en la atmósfera.

Ahora, encontrar la varianza o desviación estándar del oxígeno en la atmósfera planetaria es un problema. Encontré este documento que parece estar basado en datos de una gran cantidad de exoplanetas, el problema es que los datos no se comparten, solo los resultados. En la Tabla 1 de ese documento se muestran datos para tres tipos diferentes de exoplanetas. Podríamos calcular la varianza basándonos en esto, pero la varianza de 3 puntos de datos no es muy precisa.

Todo se reduce a dos aspectos en mis ojos. Primero, ¿puedes atribuir el contenido de oxígeno a otra fuente? En segundo lugar, el contenido de oxígeno es lo suficientemente alto como para sugerir vida. Nunca será una garantía de este tipo de observación, por lo que realmente necesita saber qué tan seguro quiere estar. Una vez que sepa su nivel de confianza, puede calcular su intervalo de confianza en función de la desviación estándar del contenido de oxígeno de los exoplanetas. Sin embargo, incluso esto depende de la probabilidad que crea que los exoplanetas sustentan la vida, si es muy poco probable, entonces puede estar más seguro si tiene solo unas pocas observaciones similares del contenido de oxígeno; si es muy probable, esperaría que la mayoría de las observaciones tuvieran un alto contenido de oxígeno.