Det kan finnas fler beboeliga planeter i universum än vi tidigare trott, enligt Penn State geoforskare, som menar att plattektonik – som länge antagits vara ett krav för lämpliga förhållanden för livet – faktiskt inte är nödvändig.

När du söker efter beboeliga planeter eller liv på andra planeter, forskare letar efter biosignaturer av atmosfärisk koldioxid. På jorden, atmosfärisk koldioxid ökar ytvärmen genom växthuseffekten. Kol cirkulerar också till underytan och tillbaka till atmosfären genom naturliga processer.

"Vulkanism släpper ut gaser i atmosfären, och sedan genom vittring, koldioxid dras från atmosfären och binds in i bergarter och sediment på ytan, sa Bradford Foley, biträdande professor i geovetenskap. "Balansering av dessa två processer håller koldioxiden på en viss nivå i atmosfären, vilket verkligen är viktigt för om klimatet förblir tempererat och lämpligt för livet."

De flesta av jordens vulkaner finns vid gränsen till tektoniska plattor, vilket är en anledning till att forskare trodde att de var nödvändiga för livet. Subduktion, där en platta trycks djupare ner i ytan av en kolliderande platta, kan också hjälpa till att cirkulera kol genom att trycka in kol i manteln.

Planeter utan tektoniska plattor är kända som planeter med stillastående lock. På dessa planeter, skorpan är en jätte, sfärisk platta som flyter på manteln, snarare än separata delar. Dessa tros vara mer utbredda än planeter med plattektonik. Faktiskt, Jorden är den enda planeten med bekräftade tektoniska plattor.

Foley och Andrew Smye, biträdande professor i geovetenskap, skapade en datormodell av en planets livscykel. De tittade på hur mycket värme dess klimat kunde behålla baserat på dess ursprungliga värmebudget, eller mängden värme och värmeproducerande element som finns när en planet bildas. Vissa grundämnen producerar värme när de sönderfaller. På jorden, sönderfallande uran producerar torium och värme, och sönderfallande torium producerar kalium och värme.

Efter att ha kört hundratals simuleringar för att variera en planets storlek och kemiska sammansättning, forskarna fann att stillastående lockplaneter kan upprätthålla förhållanden för flytande vatten i miljarder år. I den högsta ytterligheten, de kan upprätthålla liv i upp till 4 miljarder år, ungefär jordens livslängd hittills.

"Du har fortfarande vulkanism på stillastående lockplaneter, men det är mycket kortare än på planeter med plattektonik eftersom det inte är lika mycket cykling, " sa Smye. "Vulkaner resulterar i en rad lavaströmmar, som begravs som lager av en kaka med tiden. Stenar och sediment värms upp mer ju djupare de är begravda."

Forskarna fann att vid tillräckligt hög värme och tryck, koldioxidgas kan fly från stenar och ta sig upp till ytan, en process som kallas avgasning. På jorden, Smye sa, samma process sker med vatten i subduktionsförkastningszoner.

Denna avgasningsprocess ökar baserat på vilka typer och mängder av värmeproducerande element som finns i en planet upp till en viss punkt, sa Foley.

"Det finns en sweet spot där en planet släpper ut tillräckligt med koldioxid för att planeten inte ska frysa över, men inte så mycket att vittringen inte kan dra ut koldioxid ur atmosfären och hålla klimatet tempererat, " han sa.

Enligt forskarnas modell, närvaron och mängden av värmeproducerande element var mycket bättre indikatorer för en planets potential att upprätthålla liv.

"En intressant poäng med den här studien är att den ursprungliga sammansättningen eller storleken på en planet är viktig för att sätta banan för beboelighet, " sade Smye. "En planets framtida öde bestäms från början av dess födelse."

Forskarna publicerade sina resultat i det aktuella numret av Astrobiologi .