Davida Catlinga

David C. Catling jest profesorem nauk o Ziemi i Kosmosie na Uniwersytecie Waszyngtońskim . Jest planetologiem i astrobiologiem , którego badania koncentrują się na zrozumieniu różnic między ewolucją planet, ich atmosferą i potencjałem życia. Brał udział w programie eksploracji Marsa NASA i wniósł wkład w badania, aby pomóc znaleźć życie w innych częściach Układu Słonecznego i na planetach krążących wokół innych gwiazd. Znany jest również ze swojej pracy nad ewolucją ziemskiej atmosfery i biosfery, w tym nad tym, jak atmosfera ziemska stała się bogata w tlen, umożliwiając ewolucję złożonego życia i warunki sprzyjające powstaniu życia .

Biografia

David Catling ukończył D.Phil. w Departamencie Fizyki Atmosfery, Oceanów i Planet na Uniwersytecie Oksfordzkim w 1994 r. Po pracy jako pracownik naukowy ze stopniem doktora, a następnie naukowiec w Ames Research Center NASA w latach 1995-2001, został profesorem na Uniwersytecie Waszyngtońskim w 2001 r. Od 2012 roku jest profesorem zwyczajnym na Uniwersytecie Waszyngtońskim.

Badania

W dziedzinie ewolucji atmosfery ziemskiej Catling znany jest z teorii wyjaśniającej, w jaki sposób skorupa ziemska gromadziła duże ilości utlenionych minerałów i jak atmosfera wzbogacała się w tlen. Zapisy geologiczne pokazują, że tlen zalał atmosferę podczas Wielkiego Zdarzenia Utleniania (GOE), które rozpoczęło się około 2,4 miliarda lat temu, mimo że bakterie wytwarzające tlen prawdopodobnie wyewoluowały setki milionów lat wcześniej. Teoria Catlinga sugeruje, że biologiczny tlen był początkowo wykorzystywany w reakcjach z chemikaliami w środowisku; stopniowo jednak środowisko Ziemi przesunęło się do punktu krytycznego, w którym tlen zalał powietrze. Metan atmosferyczny jest kluczową częścią tej teorii. Zanim tlen był obfity, metan mógł osiągać stężenia setki lub tysiące razy większe niż dzisiejsze 1,8 części na milion. Światło ultrafioletowe rozkłada cząsteczki metanu w górnych warstwach atmosfery, powodując ucieczkę wodoru w przestrzeń kosmiczną. Z biegiem czasu nieodwracalna ucieczka wodoru z atmosfery – silnego czynnika redukującego – spowodowała utlenianie się Ziemi i osiągnięcie punktu krytycznego GOE. Pomiary atmosferycznego ksenonu w starożytnej wodzie morskiej uwięzionej w starych skałach, publikowane od 2010 roku, potwierdzają teorię: ziemski ksenon atmosferyczny i jego lżejsze izotopy zostały najprawdopodobniej utracone w wyniku wyciągnięcia w przestrzeń kosmiczną przez energicznie uciekający wodór.

Inne badania dotyczące tlenu atmosferycznego na Ziemi rozważały jego drugi wzrost około 600 milionów lat temu, który był prekursorem powstania życia zwierzęcego . Catling zaproponował przyjrzenie się wrażliwym na tlen zmianom stabilnych izotopów selenu w celu śledzenia tlenu atmosferycznego i wody morskiej, a wyniki takiego badania wykazały, że drugi wzrost zawartości tlenu na Ziemi następował zrywami i rozłożonymi na około 100 milionów lat.

Catling przyczynił się również do pierwszych pomiarów grubości ziemskiej atmosfery miliardy lat temu. Był pionierem dwóch technik: wykorzystania odcisków kopalnych kropli deszczu do ustalenia górnej granicy gęstości powietrza, które zastosowano do odcisków kopalnych sprzed 2,7 miliarda lat, oraz wykorzystania skamielin bąbelków w starożytnych strumieniach lawy, co sugeruje, że ciśnienie powietrza 2,7 miliarda lat temu było mniej niż połowa współczesnej atmosfery.

Catling badał również ewolucję atmosfery i powierzchni Marsa. W latach 90. był pionierem w badaniach nad tym, w jaki sposób rodzaje soli z wyschniętych jezior lub mórz na Marsie mogą wskazywać na przeszłe środowisko i czy Mars nadawał się do zamieszkania. Od tego czasu odkrycie soli i glin z dna dawnych jezior było kluczowym sukcesem misji NASA i ESA na Marsa . Catling był członkiem zespołu naukowego misji NASA Phoenix Lander , która w 2008 roku była pierwszym statkiem kosmicznym, który wylądował na bogatych w lód wysokich szerokościach geograficznych Marsa. Catling wniósł wkład w badania, które obejmowały pierwsze czerpanie przez lądownik lodu wodnego spod powierzchni Marsa oraz pierwszy pomiar rozpuszczalnych soli w marsjańskiej glebie, w tym pH gleby . W pracy eksperymentalnej z Jonathanem Tonerem w celu zbadania niskotemperaturowych roztworów nadchloranowych , jakie znaleziono na Marsie, Toner i Catling odkryli, że takie roztwory przechładzają się i nigdy nie krystalizują. Nadchlorany tworzą szkła ( bezpostaciowe ciała stałe ) w temperaturze około -120°C. Wiadomo, że okulary znacznie lepiej chronią drobnoustroje i molekuły biologiczne niż sole krystaliczne, co może mieć znaczenie w poszukiwaniu życia na Marsie , księżycu Jowisza Europa i księżycu Saturna Enceladusie .

W dziedzinie atmosfer planetarnych David Catling i Tyler Robinson zaproponowali ogólne wyjaśnienie ciekawej obserwacji: minimalna temperatura powietrza między troposferą ( najniższa warstwa atmosfery, w której temperatura spada wraz z wysokością) a stratosferą (gdzie temperatura wzrasta wraz z wysokością w inwersja ”) występuje pod ciśnieniem około 0,1 bara na Ziemi, Tytanie, Jowiszu, Saturnie, Uranie i Neptunie. Ten poziom to tropopauza . Robinson i Catling wykorzystali fizykę promieniowania, aby wyjaśnić, dlaczego minimalna temperatura tropopauzy w tych skrajnie różnych atmosferach występuje przy tym samym ciśnieniu. Sugerują, że ciśnienie około 0,1 bara może być dość ogólną zasadą dla planet z inwersjami temperatury w stratosferze. Ta zasada może ograniczać strukturę atmosfery na egzoplanetach, a tym samym temperaturę ich powierzchni i możliwość zamieszkania.

Praca Catlinga i jego uczniów jest również pierwszą, która dokładnie określiła ilościowo nierównowagę termodynamiczną w atmosferach planet Układu Słonecznego, co zostało zaproponowane jako sposób na zdalne poszukiwanie życia.

Pracuje

David Catling jest autorem ponad 150 artykułów naukowych lub rozdziałów w książkach. Jest autorem następujących książek:

•   Catling, David C. Astrobiologia: bardzo krótkie wprowadzenie , Oxford University Press, Oxford, 2013, ISBN 0-19-958645-4 .
•   Catling, David C.; Kasting, James F. Atmosferyczna ewolucja światów zamieszkałych i pozbawionych życia . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. Cambridge, 2017. ISBN 978-0521844123 .