David Catling - David Catling

David Catling je profesorem věd o Zemi a vesmíru na University of Washington. On je planetární vědec a astrobiolog jehož výzkum se zaměřuje na pochopení rozdílů mezi vývojem planet, jejich atmosféry a jejich potenciálu pro život. Zúčastnil se NASA je Průzkum Marsu program[1] a přispěl výzkumem, který měl pomoci najít život jinde ve sluneční soustavě a na planetách obíhajících kolem jiných hvězd.[2][3] On je také známý pro jeho práci na vývoji zemské atmosféry a biosféry, zejména toho, jak zemská atmosféra zbohatla na kyslík[4] a umožnil vývoj složitého života.[5][6]

Životopis

David Catling dokončil D.Phil. na Katedře fyziky atmosféry, oceánu a planet na Uherském Hradišti University of Oxford v roce 1994. Poté, co pracoval jako postdoctorální vědec a poté vědecký pracovník v NASA Ames Research Center v letech 1995-2001 se stal profesorem na University of Washington v roce 2001. Od roku 2012 je a řádný profesor na University of Washington.

Výzkum

V oblasti vývoje zemské atmosféry je Catling známý teorií vysvětlující, jak v zemské kůře nahromadilo velké množství oxidovaných minerálů a jak atmosféra zbohatla na kyslík.[7] Geologické záznamy ukazují, že kyslík zaplavil atmosféru v a Skvělá oxidační událost (GOE) asi před 2,4 miliardami let, přestože bakterie, které produkovaly kyslík, se pravděpodobně vyvinuly o stovky milionů let dříve. Catlingova teorie navrhuje, že biologický kyslík byl původně používán reakcemi s chemickými látkami v prostředí; postupně se však prostředí Země posunulo do bodu zlomu, kde kyslík zaplavil vzduch. Atmosférický metan je klíčovou součástí této teorie. Než byl kyslík hojný, mohl plynný metan dosáhnout koncentrací stokrát vyšších než dnešních 1,8 ppm. Ultrafialové světlo rozkládá molekuly metanu v horní atmosféře a způsobuje únik plynného vodíku do vesmíru. Postupem času nevratné atmosférický únik vodíku - silná redukční látka způsobila, že Země oxidovala a dosáhla bodu zlomu GOE.[8]

Další studie o atmosférickém kyslíku na Zemi uvažovaly o jeho druhém zvýšení zhruba před 600 miliony let, které fungovalo jako předchůdce vzestup života zvířat. Catling navrhl podívat se na variace stáje citlivé na kyslík izotopy selenu ke sledování kyslíku v atmosféře a mořské vodě a výsledky takové studie ukázaly, že k druhému nárůstu kyslíku na Zemi došlo v záchvatech a počátcích šíření asi za 100 milionů let.[9][10]

Catling také přispěl k prvnímu měření tloušťky atmosféry Země před miliardami let. Pomohl propagovat dvě techniky: pomocí otisků fosilních dešťových kapek stanovil horní hranici hustoty vzduchu, která byla aplikována na fosilní otisky před 2,7 miliardami let,[11][12] a používání fosilních bublin ve starodávných lávových proudech, což naznačuje, že tlak vzduchu před 2,7 miliardami let byl méně než poloviční v porovnání s moderní atmosférou.[13][14]

Catling také zkoumal vývoj atmosféry a povrchu Marsu.[15] V 90. letech propagoval výzkum, jak by typy solí ze vyschlých jezer nebo moří na Marsu mohly naznačovat minulé prostředí a zda je Mars obyvatelný.[16] Od té doby byl objev solí a jílů z dřívějších jezerních jezer klíčovým úspěchem misí na Mars a NASA ESA. Catling byl členem vědeckého týmu NASA Phoenix Lander mise, která v roce 2008 jako první kosmická loď přistála ve vysokých zeměpisných šířkách Marsu bohatých na led. Catling přispěl k výzkumu, který zahrnoval první kopečky landeru s vodním ledem zpod povrchu Marsu[17] a první měření rozpustných solí v marťanské půdě, včetně pH půdy.[18] V experimentální práci s Jonathanem Tonerem zkoumat nízkoteplotní řešení chloristan soli, jak byly nalezeny na Marsu, Toner a Catling zjistili, že taková řešení superchladí a nikdy nekrystalizují.[19] Chloristany tvoří brýle (amorfní pevné látky ) kolem -120 ° C. Je známo, že brýle jsou pro ochranu mikrobů a biologických molekul mnohem lepší než krystalické soli, které by mohly být relevantní pro hledání život na Marsu „Jupiterův měsíc Evropa a Saturnův měsíc Enceladus.

V oblasti planetárních atmosfér navrhli David Catling a Tyler Robinson obecné vysvětlení zvláštního pozorování: minimální teplota vzduchu mezi troposféra (nejnižší atmosférická vrstva, kde teplota klesá s nadmořskou výškou) a stratosféra (kde teplota stoupá s nadmořskou výškou vinverze ') dochází na Zemi, Titanu, Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu k tlaku asi 0,1 baru. Tato úroveň je tropopauza. Robinson a Catling pomocí fyziky záření vysvětlili, proč se minimální teplota tropopauzy v těchto extrémně odlišných atmosférách vyskytuje při společném tlaku.[20] Navrhují, aby tlak kolem 0,1 baru mohl být pro planety se stratosférickými teplotními inverzemi poměrně obecným pravidlem. Toto pravidlo by mohlo omezit strukturu atmosféry na exoplanetách, a tím i jejich povrchovou teplotu a obyvatelnost.

Práce Catlinga a jeho studentů je také první, která přesně kvantifikuje termodynamickou nerovnováhu v planetárních atmosférách sluneční soustavy, která byla navržena jako prostředek vzdáleného hledání života.[2]

Funguje

David Catling je autorem více než 100 vědeckých článků nebo kapitol knih. Je autorem následujících knih:

  • Catling, David C. Astrobiologie: velmi krátký úvod, Oxford University Press, Oxford, 2013, ISBN  0-19-958645-4.
  • Catling, David C .; Kasting, James F. Atmosférická evoluce v obydlených a neživých světech. Cambridge University Press. Cambridge, 2017. ISBN  978-0521844123.

Reference

  1. ^ Shapiro, Nina (duben 2015). „Jak se zahřívá nový vesmírný závod, Mars znovu zazvoní“. Seattle Weekly. Archivovány od originál dne 2016-08-22. Citováno 2016-08-21.
  2. ^ A b Krissansen-Totton, J .; Bergsman, D. S .; Catling, D. C. (2016). „O detekci biosfér z chemické nerovnováhy v planetárních atmosférách“. Astrobiologie. 16 (1): 39–67. arXiv:1503.08249. Bibcode:2016AsBio..16 ... 39 tis. doi:10.1089 / ast.2015.1327. PMID  26789355.
  3. ^ Krissansen-Totton, J .; Schwieterman, E .; Charnay, B .; Arney, G .; Robinson, T. D .; Meadows, V .; Catling, D. C. (2016). „Je Pale Blue Dot jedinečná? Optimalizovaná fotometrická pásma pro identifikaci planet podobných Zemi“. Astrofyzikální deník. 817 (1): 31. arXiv:1512.00502. Bibcode:2016ApJ ... 817 ... 31K. doi:10,3847 / 0004-637X / 817/1/31.
  4. ^ Catling, D. C. (2014). „Přechod události velké oxidace“. V Holandsku, H. D .; Turekian, K. K. (eds.). Pojednání o geochemii (Druhé vydání.). Amsterdam: Elsevier. 177–195. doi:10.1016 / B978-0-08-095975-7.01307-3. ISBN  9780080983004.
  5. ^ Catling, D. C .; Glein, C. R .; Zahnle, K. J .; McKay, C. P. (červen 2005). „Proč, O2 je vyžadován komplexním životem na obyvatelných planetách a konceptem planetárního „okysličovacího času“. Astrobiologie. 5 (3): 415–438. Bibcode:2005 AsBio ... 5..415C. doi:10.1089 / ast.2005.5.415. PMID  15941384. S2CID  24861353.
  6. ^ Dorminey, Bruce (2012). „Proč by E.T. také dýchal kyslík?“. Časopis Forbes. Citováno 2016-08-21.
  7. ^ Catling, D. C .; Zahnle, K. J .; McKay, C. P. (2001). „Biogenní metan, únik vodíku a nevratná oxidace časné Země“. Věda. 293 (5531): 839–843. Bibcode:2001Sci ... 293..839C. CiteSeerX  10.1.1.562.2763. doi:10.1126 / science.1061976. PMID  11486082.
  8. ^ Zahnle, K. J .; Catling, D. C. „Čekání na kyslík“. V Shaw, G. H. (ed.). Special Paper 504: Earth's Early Atmosphere and Surface Environment. Geologická společnost Ameriky. 37–48.
  9. ^ Pogge von Strandmann, P .; Stüeken, E. E.; Elliott, T .; Poulton, S. W .; Dehler, C. M .; Canfield, D. E.; Catling, D. C. (2015). „Důkaz isotopu selenu pro progresivní oxidaci neoproterozoické biosféry“. Příroda komunikace. 6: 10157. doi:10.1038 / ncomms10157. PMC  4703861. PMID  26679529.
  10. ^ „Kyslík poskytoval dech života, který umožňoval vývoj zvířat“. Washington.edu. Citováno 31. ledna 2016.
  11. ^ Som, S.M .; Catling, D. C .; Harnmeijer, J. P .; Polivka, P. M .; Buick, R. (2012). „Hustota vzduchu před 2,7 miliardami let byla pomocí fosilních dešťových kapek omezena na méně než dvojnásobek moderní úrovně“. Příroda. 484 (7394): 359–362. Bibcode:2012Natur.484..359S. doi:10.1038 / příroda 10890. PMID  22456703. S2CID  4410348.
  12. ^ Marder, Jenny (2012). „Jaká pekárna a lak na vlasy nás naučily o starověké atmosféře Země“. PBS Newshour. Citováno 2016-08-21.
  13. ^ Som, S.M .; Buick, R .; Hagadorn, J. W .; Blake, T. S .; Perrault, J. M .; Harnmeijer, J. P .; Catling, D. C. (2012). „Zemský tlak vzduchu před 2,7 miliardami let byl omezen na méně než polovinu moderní úrovně“. Nature Geoscience. 9 (6): 448–451. Bibcode:2016NatGe ... 9..448S. doi:10.1038 / ngeo2713. S2CID  4662435.
  14. ^ „Zvláštní lehkost rané atmosféry“. Ekonom. 419 (8989): 69–70. 14. - 20. května 2012.
  15. ^ Catling, David C. (08.08.2014). „Atmosféra Marsu: historie a povrchové interakce“. In Spohn, T .; Breuer, D .; Johnson, T. V. (eds.). Encyklopedie sluneční soustavy (Třetí vydání.). Amsterdam: Elsevier. str. 343–357. ISBN  9780124158450.
  16. ^ Catling, D. C. (1999). „Chemický model pro odpařování na počátku Marsu: Možné sedimentární stopovací látky v raném podnebí a důsledky pro průzkum“. Journal of Geophysical Research. 104 (E7): 16, 453–16, 470. Bibcode:1999JGR ... 10416453C. doi:10.1029 / 1998JE001020. S2CID  129783260.
  17. ^ Smith, P. H .; Tamppari, L .; Arvidson, R.E .; Bass, D. S .; Blaney, D .; Boynton, W. V .; Carswell, A .; Catling, D. C .; et al. (2009). „H2O v místě přistání Phoenixu“. Věda. 325 (5936): 58–61. Bibcode:2009Sci ... 325 ... 58S. doi:10.1126 / science.1172339. PMID  19574383.
  18. ^ Hecht, M. H .; Kounaves, S. P .; Quinn, R. C .; West, S. J .; Young, S. M. M .; Ming, D. W .; Catling, D. C .; Clark, B. C .; Boynton, W. V .; Hoffman, J .; DeFlores, L. P .; Gospodinová, K .; Kapit, J .; Smith, P. H. (2009). "Detekce chloristanu a rozpustné chemie marťanské půdy: Nálezy z Phoenix Mars Lander". Věda. 325 (5936): 64–67. Bibcode:2009Sci ... 325 ... 64H. doi:10.1126 / science.1172466. PMID  19574385. S2CID  24299495.
  19. ^ Toner, J. D .; Catling, D. C .; Light, B. (2014). „Tvorba podchlazených solanek, viskózních kapalin a nízkoteplotních brýlí na Marsu“. Icarus. 233: 36–47. Bibcode:2014Icar..233 ... 36T. doi:10.1016 / j.icarus.2014.01.018.
  20. ^ Robinson, T. D .; Catling, D. C. (2014). "Běžná tropopauza 0,1 baru v hustých atmosférách nastavená infračervenou průhledností závislou na tlaku". Nature Geoscience. 7 (1): 12–15. arXiv:1312.6859. Bibcode:2014NatGe ... 7 ... 12R. doi:10.1038 / NGEO2020.