Дэвид Кэтлинг - David Catling

Дэвид Кэтлинг является профессором наук о Земле и космосе Вашингтонский университет. Он является планетолог и астробиолог чьи исследования направлены на понимание различий между эволюцией планет, их атмосфер и их жизненным потенциалом. Он участвовал в НАСА с Исследование Марса программа[1] и участвовал в исследованиях, чтобы помочь найти жизнь в других частях Солнечной системы и на планетах, вращающихся вокруг других звезд.[2][3] Он также известен своей работой по эволюции атмосферы и биосферы Земли, в частности, тем, как атмосфера Земли стала богатой кислородом.[4] и позволил сложной жизни развиваться.[5][6]

биография

Дэвид Кэтлинг получил степень D.Phil. на кафедре физики атмосферы, океана и планет Оксфордский университет в 1994 году. После работы в качестве постдокторанта, а затем научным сотрудником НАСА Исследовательский центр Эймса с 1995 по 2001 гг. - профессор Вашингтонский университет в 2001 году. С 2012 года он был полный профессор в Вашингтонском университете.

Исследование

В области эволюции атмосферы Земли Кэтлинг известен теорией, объясняющей, как в земной коре накапливались большие количества окисленных минералов и как атмосфера стала богатой кислородом.[7] Геологические записи показывают, что кислород наполнял атмосферу в Великое окислительное событие (GOE) около 2,4 миллиарда лет назад, хотя бактерии, производящие кислород, вероятно, эволюционировали 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 перешла к критической точке, когда воздух наполнился кислородом. Атмосферный метан это ключевая часть этой теории. До того, как кислород был в изобилии, газообразный метан мог достигать концентрации, в сотни раз превышающей сегодняшние 1,8 частей на миллион. Ультрафиолетовый свет разлагает молекулы метана в верхних слоях атмосферы, вызывая утечку газообразного водорода в космос. Со временем необратимые атмосферный побег водорода - мощный восстановитель - заставил Землю окислиться и достичь критической точки GOE.[8]

Другие исследования, посвященные атмосферному кислороду Земли, рассматривали его второе увеличение около 600 миллионов лет назад, которое послужило предшественником рост животной жизни. Кэтлинг предложил изучить изменения чувствительности к кислороду в стабильных изотопы селена чтобы отследить кислород в атмосфере и морской воде, и результаты такого исследования показали, что второе увеличение количества кислорода на Земле происходило скачкообразно и распространялось примерно на 100 миллионов лет.[9][10]

Кэтлинг также внес свой вклад в первые измерения толщины атмосферы Земли миллиарды лет назад. Он помог разработать два метода: использование отпечатков окаменелых капель дождя для установки верхнего предела плотности воздуха, который был применен к отпечаткам окаменелостей 2,7 миллиарда лет назад,[11][12] и использование ископаемых пузырей в древних потоках лавы, что позволяет предположить, что давление воздуха 2,7 миллиарда лет назад было меньше половины давления современной атмосферы.[13][14]

Кэтлинг также исследовал эволюцию атмосферы и поверхности Марса.[15] В 1990-х годах он стал пионером в исследовании того, как типы солей из высохших озер или морей на Марсе могут указывать на окружающую среду в прошлом и был ли Марс обитаемым.[16] С тех пор открытие солей и глин на бывших днах озер стало ключевым успехом миссий НАСА и Марса на Марс. ЕКА. Кэтлинг был членом научной группы НАСА Phoenix Lander миссия, которая в 2008 году стала первым космическим кораблем, совершившим посадку в ледяных высоких широтах Марса. Кэтлинг внес свой вклад в исследование, которое включало первые совки спускаемого аппарата водяного льда из-под поверхности Марса.[17] и первое измерение растворимых солей в марсианской почве, включая pH почвы.[18] В экспериментальной работе с Джонатаном Тонером по исследованию низкотемпературных растворов перхлорат соли, обнаруженные на Марсе, Тонер и Кэтлинг обнаружили, что такие растворы переохлаждены и никогда не кристаллизуются.[19] Перхлораты образуют стекла (аморфные твердые тела ) около -120 ° C. Известно, что очки намного лучше сохраняют микробы и биологические молекулы, чем кристаллические соли, которые могут иметь отношение к поиску жизнь на Марсе, Спутник Юпитера Европа, и луна Сатурна Энцелад.

В области планетных атмосфер Дэвид Кэтлинг и Тайлер Робинсон предложили общее объяснение любопытному наблюдению: минимальная температура воздуха между тропосфера (самый нижний слой атмосферы, где температура снижается с высотой) и стратосфера (где температура увеличивается с высотой винверсия ') возникает давление около 0,1 бар на Земле, Титане, Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Этот уровень является тропопауза. Робинсон и Кэтлинг использовали физику излучения, чтобы объяснить, почему минимум температуры тропопаузы в этих чрезвычайно разных атмосферах происходит при общем давлении.[20] Они предполагают, что давление около 0,1 бара может быть довольно общим правилом для планет с инверсией стратосферной температуры. Это правило может ограничивать структуру атмосферы на экзопланетах и, следовательно, температуру их поверхности и обитаемость.

Работа Кэтлинга и его учеников также является первой точной количественной оценкой термодинамического неравновесия в планетных атмосферах Солнечной системы, который был предложен в качестве средства дистанционного поиска жизни.[2]

Работает

Дэвид Кэтлинг является автором более 100 научных статей или глав в книгах. Он является автором следующих книг:

  • Кэтлинг, Дэвид С. Астробиология: очень краткое введение, Oxford University Press, Оксфорд, 2013 г., ISBN  0-19-958645-4.
  • Кэтлинг, Дэвид С .; Кастинг, Джеймс Ф. Эволюция атмосферы в обитаемых и безжизненных мирах. Издательство Кембриджского университета. Кембридж, 2017. ISBN  978-0521844123.

Рекомендации

  1. ^ Шапиро, Нина (апрель 2015). «По мере того, как накаляется новая космическая гонка, Марс снова манит». Seattle Weekly. Архивировано из оригинал на 2016-08-22. Получено 2016-08-21.
  2. ^ а б Krissansen-Totton, J .; Бергсман, Д. С .; Кэтлинг, Д. К. (2016). «Об обнаружении биосфер из химического неравновесия в планетных атмосферах». Астробиология. 16 (1): 39–67. arXiv:1503.08249. Bibcode:2016AsBio..16 ... 39K. Дои:10.1089 / ast.2015.1327. PMID  26789355.
  3. ^ Krissansen-Totton, J .; Schwieterman, E .; Charnay, B .; Arney, G .; Робинсон, Т. Д .; Meadows, V .; Кэтлинг, Д. К. (2016). «Является ли бледно-голубая точка уникальной? Оптимизированные фотометрические полосы для идентификации планет, похожих на Землю». Астрофизический журнал. 817 (1): 31. arXiv:1512.00502. Bibcode:2016ApJ ... 817 ... 31K. Дои:10.3847 / 0004-637X / 817/1/31.
  4. ^ Кэтлинг, Д. К. (2014). «Переход к Великому окислительному событию». В Голландии H.D .; Турекян, К. К. (ред.). Трактат по геохимии (Второе изд.). Амстердам: Эльзевир. С. 177–195. Дои:10.1016 / B978-0-08-095975-7.01307-3. ISBN  9780080983004.
  5. ^ Catling, D. C .; Glein, C.R .; Zahnle, K.J .; Маккей, С. П. (июнь 2005 г.). "Почему О2 требуется сложной жизнью на обитаемых планетах и ​​концепцией планетарного «времени оксигенации». Астробиология. 5 (3): 415–438. Bibcode:2005AsBio ... 5..415C. Дои:10.1089 / ast.2005.5.415. PMID  15941384. S2CID  24861353.
  6. ^ Дормини, Брюс (2012). "Почему инопланетянин также дышит кислородом". Журнал Forbes. Получено 2016-08-21.
  7. ^ Catling, D. C .; Zahnle, K.J .; Маккей, С. П. (2001). «Биогенный метан, утечка водорода и необратимое окисление ранней Земли». Наука. 293 (5531): 839–843. Bibcode:2001Наука ... 293..839C. CiteSeerX  10.1.1.562.2763. Дои:10.1126 / science.1061976. PMID  11486082.
  8. ^ Zahnle, K.J .; Кэтлинг, Д. К. «Ожидание кислорода». В Шоу, Г. Х. (ред.). Специальный документ 504: Ранняя атмосфера Земли и приземная среда. Геологическое общество Америки. С. 37–48.
  9. ^ Pogge von Strandmann, P .; Stüeken, E. E .; Elliott, T .; Poulton, S.W .; Dehler, C.M .; Canfield, D.E .; Кэтлинг, Д. К. (2015). «Изотоп селена свидетельствует о прогрессирующем окислении неопротерозойской биосферы». Nature Communications. 6: 10157. Дои:10.1038 / ncomms10157. ЧВК  4703861. PMID  26679529.
  10. ^ «Кислород давал дыхание жизни, что позволяло животным развиваться». Washington.edu. Получено 31 января, 2016.
  11. ^ Som, S.M .; Catling, D. C .; Harnmeijer, J. P .; Поливка, П. М .; Бьюик, Р. (2012). «Плотность воздуха 2,7 миллиарда лет назад ограничивалась отпечатками ископаемых дождевых капель менее чем в два раза по сравнению с современным уровнем». Природа. 484 (7394): 359–362. Bibcode:2012Натура.484..359S. Дои:10.1038 / природа10890. PMID  22456703. S2CID  4410348.
  12. ^ Мардер, Дженни (2012). "Что нам рассказала сковорода и лак для волос о древней атмосфере Земли". PBS Newshour. Получено 2016-08-21.
  13. ^ Som, S.M .; Buick, R .; Hagadorn, J. W .; Blake, T. S .; Perrault, J.M .; Harnmeijer, J. P .; Кэтлинг, Д. К. (2012). «Давление воздуха на Земле 2,7 миллиарда лет назад ограничивалось менее чем половиной современного уровня». Природа Геонауки. 9 (6): 448–451. Bibcode:2016NatGe ... 9..448S. Дои:10.1038 / ngeo2713. S2CID  4662435.
  14. ^ «Любопытная легкость ранней атмосферы». Экономист. 419 (8989): 69–70. 14–20 мая 2012 г.
  15. ^ Кэтлинг, Дэвид К. (4 августа 2014 г.). «Атмосфера Марса: история и взаимодействие с поверхностью». В Spohn, T .; Breuer, D .; Джонсон, Т. В. (ред.). Энциклопедия Солнечной системы (Третье изд.). Амстердам: Эльзевир. С. 343–357. ISBN  9780124158450.
  16. ^ Кэтлинг, Д. К. (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. Bibcode:1999JGR ... 10416453C. Дои:10.1029 / 1998JE001020. S2CID  129783260.
  17. ^ Smith, P.H .; Tamppari, L .; Arvidson, R.E .; Басс, Д. С .; Blaney, D .; Boynton, W. V .; Carswell, A .; Catling, D. C .; и другие. (2009). «H2O на площадке приземления Феникса». Наука. 325 (5936): 58–61. Bibcode:2009Научный ... 325 ... 58S. Дои:10.1126 / science.1172339. PMID  19574383.
  18. ^ Hecht, M. H .; Kounaves, S.P .; Quinn, R.C .; West, S.J .; Янг, С. М. М .; Ming, D. W .; Catling, D. C .; Clark, B.C .; Boynton, W. V .; Hoffman, J .; ДеФлорес, Л. П .; Господинова, К .; Kapit, J .; Смит, П. Х. (2009). «Обнаружение перхлората и растворимого химического состава марсианской почвы: результаты, полученные с посадочного модуля Phoenix Mars». Наука. 325 (5936): 64–67. Bibcode:2009Наука ... 325 ... 64H. Дои:10.1126 / science.1172466. PMID  19574385. S2CID  24299495.
  19. ^ Тонер, J.D .; Catling, D. C .; Свет, Б. (2014). «Образование переохлажденных рассолов, вязких жидкостей и низкотемпературных стекол на Марсе». Икар. 233: 36–47. Bibcode:2014Icar..233 ... 36T. Дои:10.1016 / j.icarus.2014.01.018.
  20. ^ Робинсон, Т. Д .; Кэтлинг, Д. К. (2014). «Обычная тропопауза 0,1 бар в толстой атмосфере, определяемая зависимостью от давления инфракрасной прозрачностью». Природа Геонауки. 7 (1): 12–15. arXiv:1312.6859. Bibcode:2014НатГе ... 7 ... 12R. Дои:10.1038 / NGEO2020.