Condițiile fizice pentru viață

Pământul este singurul corp ceresc pe care cunoaștem cu certitudine viață. Are apă lichidă la suprafață, o atmosferă și o temperatură potrivită pentru numeroase organisme. Distanța sa medie față de Soare este de aproximativ 150 milioane km, dar distanța singură nu explică viața: contează și atmosfera, presiunea, compoziția chimică și energia primită de la Soare.

Atmosfera este alcătuită în principal din azot (aproximativ 78%) și oxigen (aproximativ 21%). Oxigenul permite respirația multor organisme; dioxidul de carbon, deși este în cantitate mult mai mică, participă la fotosinteză și la efectul de seră natural. Acest efect menține temperatura medie de la suprafață în jurul a 15 °C, în locul unei planete mult mai reci. Ozonul stratosferic absoarbe o parte importantă a radiației ultraviolete solare, iar câmpul magnetic și atmosfera limitează expunerea la particule energetice.

Apa circulă între ocean, atmosferă, sol și viețuitoare. Plantele, animalele și microorganismele schimbă materie și energie cu aceste învelișuri. Condițiile nu sunt identice peste tot: viața se găsește de la oceane până la deșerturi, cu adaptări diferite. Dacă într-o regiune apa lipsește timp îndelungat, vegetația și așezările umane depind de sursele locale și de gestionarea atentă a apei.

Masa și gravitația Pământului contribuie la reținerea atmosferei; atmosfera asigură presiunea necesară apei lichide la suprafață și atenuează variațiile de temperatură. Poziția la aproximativ 1 unitate astronomică de Soare îl plasează în zona locuibilă a sistemului, unde condițiile pot permite apă lichidă; poziția singură nu este suficientă. Rotația durează aproximativ 24 de ore și alternează încălzirea de zi cu răcirea de noapte, astfel că diferența dintre zi și noapte este de circa 10–20 °C (NASA). Axa este înclinată cu aproximativ 23°27′, ceea ce contribuie la succesiunea anotimpurilor. Câmpul magnetic deviază o parte din particulele încărcate venite de la Soare, iar stratul de ozon din stratosferă absoarbe radiația ultravioletă dăunătoare.

Aerul uscat conține 78,08% azot, 20,95% oxigen și 0,93% argon; dioxidul de carbon are doar aproximativ 0,042% (420 ppm), dar rolul lui este esențial: este materia primă a fotosintezei și absoarbe radiația infraroșie emisă de suprafață. Hidrosfera, cu o masă de aproximativ $1,4\cdot 10^{21}$ kg, este de aproximativ 270 de ori mai masivă decât atmosfera ($5,1\cdot 10^{18}$ kg).

Exemplu rezolvat 1 — efectul de seră natural. Fără atmosferă, temperatura de echilibru a Pământului ar fi de 254 K, adică $254-273,15=-19$ °C. Temperatura medie reală este de 288 K, adică 15 °C. Diferența este $288-254=34$ K (34 °C) și reprezintă efectul de seră natural al atmosferei. Fără el, apa de la suprafață ar fi înghețată în cea mai mare parte.

Exemplu comparat — Pământ, Marte, Venus. NASA indică temperaturi medii de aproximativ 15 °C, −65 °C și 464 °C, în această ordine. Presiunea atmosferică la suprafață este de aproximativ 1 bar pe Pământ, 0,01 bar pe Marte și 92 bar pe Venus. Pe Marte, atmosfera rarefiată nu menține de regulă apa lichidă la suprafață; pe Venus, atmosfera foarte densă produce un efect de seră intens. Pământul combină o distanță potrivită față de Soare cu presiune, temperatură și apă lichidă. Comparația arată de ce „mai aproape de Soare” nu este o explicație suficientă: Venus este mai fierbinte decât ar rezulta numai din distanță.

Exemplu rezolvat 2 — presiunea pe Venus. Pe Venus presiunea este de $92/1=92$ de ori mai mare decât pe Pământ. În oceanele Pământului presiunea crește cu aproximativ 1 bar la fiecare 10 m adâncime, deci 92 de bari corespund unei presiuni de la aproximativ $(92-1)\cdot 10=910$ m sub nivelul mării. Un explorator de pe suprafața Venusului ar suporta deci o presiune comparabilă cu cea de la aproape un kilometru adâncime în ocean.

Viteza de scăpare de la suprafața Pământului este de 11,2 km/s, suficientă pentru a reține principalele gaze ale aerului; Luna, cu o viteză de scăpare de 2,4 km/s, nu are practic atmosferă. Absența atmosferei explică și amplitudinile mari de temperatură de pe Lună între zi și noapte.

Greșeli frecvente

• Greșit: Distanța până la Soare, singură, garantează existența vieții.
  Corect: Sunt necesare și alte condiții, inclusiv apă lichidă și o atmosferă potrivită.
• Greșit: Dioxidul de carbon nu are niciun rol fiindcă reprezintă o fracțiune mică a aerului.
  Corect: Contribuie la fotosinteză și la efectul de seră.
• Greșit: Viața se găsește numai unde temperatura este blândă.
  Corect: Organisme adaptate trăiesc și în medii foarte reci, calde sau aride.

Înainte și după