适合居住的星球的最佳海洋组合是什么

地球大约有29%的陆地和71%的海洋。这种混合对宜居性有多重要?它告诉我们关于系外行星宜居性的什么信息?地球上几乎没有什么地方没有生命的立足点。多种因素促成了我们星球的整体宜居性：丰富的液态水、板块构造、体积成分、与太阳的距离、磁层等。

海洋与陆地的比例起什么作用?

我们对宜居性的理解在这一点上相当粗略，尽管它是基于证据的。我们依靠恒星周围的宜居带来定位可能适合居住的系外行星。这是一个很容易从很远的距离确定的因素，并且基于行星上液态水的潜力。

我们仍在绘制一幅更大、更详细的宜居性图，我们知道板块构造、体积成分、磁层、大气成分和压力等因素以及其他因素对宜居性起着一定的作用。但是一个行星的海洋与陆地的比例呢?

一项新研究详细检查了该比率。该论文已提交给《天体生物学》杂志，可在预印本网站arXiv上找到。它还没有经过同行评审。

作者是DennisHöning和TilmanSpohn。Höning来自德国波茨坦气候影响研究所，在那里他专注于行星物理学和地球系统科学之间的接口。Spohn是瑞士伯尔尼国际空间科学研究所的执行主任。Spohn还是InSight着陆器“鼹鼠”仪器、热流和物理特性包(HP3)的首席研究员。

板块构造和相关因素是问题的根源。板块构造是地球表面大陆板块在地幔顶部的运动。板块构造仍然是一个活跃的研究领域，即使我们已经了解了所有知识，科学家们仍然不知道很多东西。

板块构造的关键因素之一是“传送带”原理。它说，随着板块在会聚的板块边界处俯冲回地幔，新的海洋地壳在发散的边界处形成，称为海底扩张。结果是地球的陆地与海洋的比例保持一致。

在该比率保持一致的情况下，其他因素也保持一致。如果这些因素促进了生物圈的发展，那将有利于宜居性。其中之一就是营养素。

裸露的土地会受到风化作用，从而将养分转移到全球各地。地球的大陆架是生物丰富的地区。一个原因是所有从大陆流出的养分最终都被搁置了。因此，大陆及其大陆架包含地球上大部分的生物量，而深海中的生物量要少得多。

热量是影响板块构造和宜居性的另一个因素。大陆就像覆盖在地幔上的毯子，帮助地球保持温暖。但是，地幔中放射性元素的耗尽会缓和这种全面效应。地幔中铀等元素的放射性衰变产生的热量被大陆的覆盖效应所捕获。同时，通过构造运动进行的地壳更新将更多这些元素带到地壳，在那里它们的热量可以更有效地散发。

地球的碳循环对于维持生命也至关重要。该周期受板块构造以及陆地与海洋比率的影响。大陆风化从大气中去除的碳与火山从地幔释放的碳大致平衡。

然后是地幔中的水含量。地幔中更多的水降低了地幔的粘度，定义为流动阻力。地幔含水量是地幔温度反馈回路的一部分。随着更多的水进入地幔，它更容易流动。这增加了对流，从地幔中释放出更多的热量。

正如论文所解释的那样，所有这些因素都是相关的，通常在反馈循环中。

所有这些因素和其他因素在地球上结合在一起，创造了强大的宜居性。如果地球的陆地与水的比例偏向于更多的陆地，那么气候就会更加干燥，大陆的大部分地区可能是寒冷干燥的沙漠，生物圈可能不够大，无法产生富含氧气的大气层。

相反，如果有更多的水，大陆风化可能会导致养分不足。缺乏营养也阻碍了足够大的生物圈产生复杂生命和更丰富的生物圈所必需的富氧大气层。

地球构造中有大量的细节，不可能对所有细节进行建模。特别是因为科学家们还没有就许多细节达成共识。其中大部分是对研究人员隐藏的。他们还没有足够的证据来做出可靠的结论。

这项研究依靠科学建模来了解行星如何具有不同的陆地与海洋比率。Höning和Spohn模拟了产生陆地与海洋比率的三个主要过程：大陆地壳的生长、地表(海洋、大气)和地幔中的水库之间的水交换，以及通过地幔对流冷却。

来自论文：

“这些过程通过地幔对流和板块构造联系在一起：

在他们的论文中，作者根据陆地与海洋的比例考虑了行星的宜居性。他们将一个以陆地为主的行星与地球、以海洋为主的行星进行了比较。图片来源：Europlanet2024RI/T。罗杰

与俯冲带有关的熔化和火山活动，以及控制大陆增长的大陆侵蚀

地幔水通过火山活动脱气和通过俯冲控制水收支再气化

通过控制热演化的地幔对流传热。”

作者得出了一个基本结论。“……大陆覆盖在类地行星上的扩散取决于大陆生长中正反馈和负反馈的各自强度，以及大陆地壳生长时热覆盖与放射性同位素耗尽之间的关系，”他们写道。“这些参数值的不确定性代表了模型中的主要不确定性。”

这些反馈回路将存在于任何具有构造活动和水的行星上。这些循环的相对强度很难量化。在整个系外行星种群中，可能有许多令人眼花缭乱的因素在起作用。

没有研究人员可以对每一个因素进行建模，但这项研究归结为所有因素之间的反馈回路，以及它们是积极的还是消极的。强烈的负面反馈“……将导致进化在很大程度上独立于地球的起始条件和早期历史，这将意味着大陆表面积的单一稳定的现代价值，”他们总结道。

但是，强大的正反馈循环会产生不同的结果。“然而，对于强烈的正反馈，进化的结果可能会因起始条件和早期历史而大不相同，”他们写道。

问题是，这些相同的反馈回路会塑造系外行星吗?具有板块构造的系外行星也能在陆地和海洋覆盖之间达到平衡吗?一颗与地球大小大致相同且热收支相似的行星最终是否会与地球相似，并具有支持生命的稳定性?

首先，研究表明陆地行星和海洋行星都是可能的，这不足为奇。而且，当然，我们知道像地球这样的混合行星是可能的。

在地球物理学和行星内部的前一篇论文中，同一对作者得出结论，陆地行星是最有可能的结果。下一个最有可能的结果是海洋行星。

作者指出，所有这些工作都存在不确定性，当然，也缺乏数据。尽管如此，他们的工作还是揭示了在行星上形成不同陆地与海洋比例的机制。“我们的讨论旨在提供对反馈过程更好的定性理解;我们承认缺乏对定量差异的详细理解的数据，”他们写道。

其他研究人员也解决了这个问题。2015年的一项研究调查了M型矮星周围的行星，这是银河系中最常见的恒星类型，也是我们可能发现最多系外行星的地方。作者写道，该研究发现“......出现了类似的陆地面积双峰分布，大多数行星的表面完全被水覆盖或地表水明显少于地球”。然而，该研究着眼于其他因素，并不仅仅关注大陆增长。

这项研究对地球意味着什么?我们如何才能回答标题中的问题：“对于宜居星球来说，海洋与陆地的最佳组合是什么?”

尽管听起来以人类为中心或以地为中心，但我们可以靠答案生活。