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David Catling

David C. Catling es profesor de Ciencias de la Tierra y del Espacio en la Universidad de Washington . Es un científico planetario y astrobiólogo cuya investigación se centra en comprender las diferencias entre la evolución de los planetas, sus atmósferas y su potencial para la vida. Ha participado en el programa de exploración de Marte de la NASA [1] y ha contribuido con investigaciones para ayudar a encontrar vida en otras partes del sistema solar y en planetas que orbitan otras estrellas. [2] [3] También es conocido por su trabajo sobre la evolución de la atmósfera y la biosfera de la Tierra, [4] incluyendo cómo la atmósfera de la Tierra se volvió rica en oxígeno, [5] permitiendo que evolucionara la vida compleja, [6] [7] y las condiciones propicias para el origen de la vida . [8] [9] [10]

Biografía

David Catling completó un D.Phil. en el Departamento de Física Atmosférica, Oceánica y Planetaria en la Universidad de Oxford en 1994. Después de trabajar como investigador postdoctoral y luego como científico investigador en el Centro de Investigación Ames de la NASA de 1995 a 2001, se convirtió en profesor en la Universidad de Washington en 2001. Desde 2012, ha sido profesor titular en la Universidad de Washington. En 2023, fue elegido miembro de la Unión Geofísica Estadounidense (AGU) por "sus ideas creativas sobre el acoplamiento entre la biota de la Tierra y su atmósfera en escalas de tiempo de miles de millones de años".

Investigación

En el área de la evolución de la atmósfera terrestre, Catling es conocido por una teoría que explica cómo la corteza terrestre acumuló grandes cantidades de minerales oxidados y cómo la atmósfera se volvió rica en oxígeno. [11] Los registros geológicos muestran que el oxígeno inundó la atmósfera en un Gran Evento de Oxidación (GOE) que comenzó hace unos 2.400 millones de años, aunque las bacterias que producían oxígeno probablemente evolucionaron cientos de millones de años antes. La teoría de Catling propone que el oxígeno biológico fue utilizado inicialmente por reacciones con sustancias químicas en el medio ambiente; sin embargo, gradualmente, el medio ambiente de la Tierra cambió a un punto de inflexión donde el oxígeno inundó el aire. El metano atmosférico es la parte clave de esta teoría. Antes de que el oxígeno fuera abundante, el gas metano podía alcanzar concentraciones cientos o miles de veces mayores que las 1,8 partes por millón actuales. La luz ultravioleta descompone las moléculas de metano en la atmósfera superior, lo que hace que el gas hidrógeno escape al espacio. Con el tiempo, el escape atmosférico irreversible de hidrógeno, un poderoso agente reductor, hizo que la Tierra se oxidara y alcanzara el punto de inflexión del GOE. [12] Las mediciones de xenón atmosférico en agua de mar antigua atrapada dentro de rocas viejas, publicadas desde la década de 2010, respaldan la teoría: el xenón atmosférico de la Tierra y sus isótopos más ligeros se perdieron de manera más plausible al ser arrastrados al espacio por el hidrógeno que escapaba vigorosamente. [13]

Otros estudios sobre el oxígeno atmosférico de la Tierra han considerado que su segundo aumento, hace unos 600 millones de años, actuó como precursor del surgimiento de la vida animal . Catling propuso observar las variaciones sensibles al oxígeno en los isótopos estables del selenio para rastrear el oxígeno atmosférico y del agua de mar, y los resultados de dicho estudio mostraron que el segundo aumento de oxígeno en la Tierra se produjo de forma intermitente a lo largo de unos 100 millones de años. [14] [15]

Catling también contribuyó a las primeras mediciones del espesor atmosférico de la Tierra hace miles de millones de años. Ayudó a desarrollar dos técnicas pioneras: el uso de huellas fósiles de gotas de lluvia para establecer un límite superior de la densidad del aire, que se aplicó a huellas fósiles de hace 2.700 millones de años [16] [17] y el uso de burbujas fósiles en antiguos flujos de lava, lo que sugiere que la presión del aire hace 2.700 millones de años era menos de la mitad de la de la atmósfera moderna [18] [19]

Catling también ha investigado la evolución de la atmósfera y la superficie de Marte. [20] En la década de 1990, fue pionero en la investigación sobre cómo los tipos de sales de lagos o mares secos en Marte podrían indicar el entorno pasado y si Marte era habitable. [21] Desde entonces, el descubrimiento de sales y arcillas de antiguos lechos de lagos ha sido un éxito clave de las misiones a Marte de la NASA y la ESA . Catling estuvo en el equipo científico de la misión Phoenix Lander de la NASA , que en 2008 fue la primera nave espacial en aterrizar en las altas latitudes ricas en hielo de Marte. Catling contribuyó a la investigación que incluyó las primeras paladas de hielo de agua por parte de un módulo de aterrizaje desde debajo de la superficie de Marte [22] y la primera medición de sales solubles en el suelo marciano, incluido el pH del suelo . [23] En un trabajo experimental con Jonathan Toner para examinar soluciones de baja temperatura de sales de perclorato , como las que se encuentran en Marte, Toner y Catling descubrieron que dichas soluciones se enfrían súper y nunca cristalizan. [24] Los percloratos forman vidrios ( sólidos amorfos ) alrededor de -120 °C. Se sabe que los vidrios son mucho mejores para preservar microbios y moléculas biológicas que las sales cristalinas, lo que podría ser relevante para la búsqueda de vida en Marte , la luna Europa de Júpiter y la luna Encélado de Saturno .

En el campo de las atmósferas planetarias, David Catling y Tyler Robinson propusieron una explicación general para una observación curiosa: la temperatura mínima del aire entre la troposfera (la capa atmosférica más baja donde la temperatura disminuye con la altitud) y la estratosfera (donde la temperatura aumenta con la altitud en una ' inversión ') se produce a una presión de aproximadamente 0,1 bar en la Tierra, Titán, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Este nivel es la tropopausa . Robinson y Catling utilizaron la física de la radiación para explicar por qué la temperatura mínima de la tropopausa en estas atmósferas extremadamente diferentes se produce a una presión común. [25] Proponen que la presión alrededor de 0,1 bar podría ser una regla bastante general para los planetas con inversiones de temperatura estratosférica. Esta regla podría restringir la estructura atmosférica de los exoplanetas y, por lo tanto, su temperatura superficial y habitabilidad.

El trabajo de Catling y sus estudiantes es también el primero en cuantificar con precisión el desequilibrio termodinámico en las atmósferas planetarias del Sistema Solar, lo que se ha propuesto como un medio para buscar vida de forma remota. [2] [26] [27]

Obras

David Catling es autor de más de 150 artículos científicos o capítulos de libros. Es autor de los siguientes libros:

Referencias

  1. ^ Shapiro, Nina (abril de 2015). "Mientras se intensifica una nueva carrera espacial, Marte nos llama de nuevo". Seattle Weekly . Archivado desde el original el 22 de agosto de 2016. Consultado el 21 de agosto de 2016 .
  2. ^ ab Krissansen-Totton, J.; Bergsman, DS; Catling, DC (2016). "Sobre la detección de biosferas a partir del desequilibrio químico en atmósferas planetarias". Astrobiología . 16 (1): 39–67. arXiv : 1503.08249 . Bibcode :2016AsBio..16...39K. doi :10.1089/ast.2015.1327. PMID  26789355. S2CID  26959254.
  3. ^ Krissansen-Totton, J.; Schwieterman, E.; Charnay, B.; Arney, G.; Robinson, TD; Meadows, V.; Catling, DC (2016). "¿Es el punto azul pálido único? Bandas fotométricas optimizadas para identificar planetas similares a la Tierra". Astrophysical Journal . 817 (1): 31. arXiv : 1512.00502 . Bibcode :2016ApJ...817...31K. doi : 10.3847/0004-637X/817/1/31 . S2CID  119211858.
  4. ^ Catlng, David C.; Zahnle, Kevin J. (2020). "La atmósfera arqueana". Science Advances . 6 (9): eaax1420. Bibcode :2020SciA....6.1420C. doi :10.1126/sciadv.aax1420. PMC 7043912 . PMID  32133393 . Consultado el 5 de agosto de 2022 . 
  5. ^ Catling, DC (2014). "La gran transición del evento de oxidación". En Holland, HD; Turekian, KK (eds.). Tratado de geoquímica (segunda edición). Ámsterdam: Elsevier . págs. 177–195. doi :10.1016/B978-0-08-095975-7.01307-3. ISBN . 9780080983004.
  6. ^ Catling, DC; Glein, CR; Zahnle, KJ; McKay, CP (junio de 2005). "Por qué se requiere O 2 para la vida compleja en planetas habitables y el concepto de "tiempo de oxigenación" planetario". Astrobiology . 5 (3): 415–438. Bibcode :2005AsBio...5..415C. doi :10.1089/ast.2005.5.415. PMID  15941384. S2CID  24861353.
  7. ^ Dorminey, Bruce (2012). "Por qué los extraterrestres también respiran oxígeno". Revista Forbes . Consultado el 21 de agosto de 2016 .
  8. ^ Anderson, Paul Scott. "¿Los lagos ricos en fósforo ayudaron a impulsar la vida en la Tierra?". EarthSky . EarthSky Communications Inc . Consultado el 5 de agosto de 2022 .
  9. ^ Toner, Jonathan D.; Catling, David C. (2019). "Configuraciones de lagos alcalinos para cianuro prebiótico concentrado y el origen de la vida". Geochimica et Cosmochimica Acta . 260 : 124–132. Código Bibliográfico :2019GeCoA.260..124T. doi : 10.1016/j.gca.2019.06.031 . S2CID  198356131.
  10. ^ Zahnle, Kevin J.; Lupu, Roxana; Catling, David C.; Wogan, N. (2020). "Creación y evolución de atmósferas reducidas generadas por impactos en la Tierra primitiva". Revista de Ciencias Planetarias . 1 (1): 11. arXiv : 2001.00095 . Código Bibliográfico :2020PSJ.....1...11Z. doi : 10.3847/psj/ab7e2c . S2CID  209531939.
  11. ^ Catling, DC; Zahnle, KJ; McKay, CP (2001). "Metano biogénico, escape de hidrógeno y la oxidación irreversible de la Tierra primitiva". Science . 293 (5531): 839–843. Bibcode :2001Sci...293..839C. CiteSeerX 10.1.1.562.2763 . doi :10.1126/science.1061976. PMID  11486082. S2CID  37386726. 
  12. ^ Zahnle, KJ; Catling, DC "Esperando el oxígeno". En Shaw, GH (ed.). Documento especial 504: Atmósfera primitiva y entorno superficial de la Tierra . Sociedad Geológica de América . págs. 37–48.
  13. ^ Zahnle, Kevin J.; Gacesa, Mark; Catling, David C. (2019). "Mensajero extraño: una nueva historia del hidrógeno en la Tierra contada por el xenón". Geochimica et Cosmochimica Acta . 244 (1): 56–85. arXiv : 1809.06960 . Código Bibliográfico :2019GeCoA.244...56Z. doi :10.1016/j.gca.2018.09.017. S2CID  119079927 . Consultado el 5 de agosto de 2022 .
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  15. ^ "El oxígeno proporcionó el aliento vital que permitió a los animales evolucionar". Washington.edu . Consultado el 31 de enero de 2016 .
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  18. ^ Som, SM; Buick, R.; Hagadorn, JW; Blake, TS; Perrault, JM; Harnmeijer, JP; Catling, DC (2012). "La presión del aire de la Tierra hace 2.700 millones de años se limitaba a menos de la mitad de los niveles actuales". Nature Geoscience . 9 (6): 448–451. Bibcode :2016NatGe...9..448S. doi :10.1038/ngeo2713. S2CID  4662435.
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  21. ^ Catling, DC (1999). "Un modelo químico para las evaporitas en el Marte primitivo: posibles trazadores sedimentarios del clima primitivo e implicaciones para la exploración". Journal of Geophysical Research . 104 (E7): 16, 453–16, 470. Bibcode :1999JGR...10416453C. doi : 10.1029/1998JE001020 . S2CID  129783260.
  22. ^ Smith, PH; Tamppari, L.; Arvidson, RE; Bass, DS; Blaney, D .; Boynton, WV; Carswell, A.; Catling, DC; et al. (2009). "H2O en el lugar de aterrizaje del Phoenix". Science . 325 (5936): 58–61. Bibcode :2009Sci...325...58S. doi :10.1126/science.1172339. PMID  19574383. S2CID  206519214.
  23. ^ Hecht, MH; Kounaves, SP; Quinn, RC; West, SJ; Young, SMM; Ming, DW; Catling, DC; Clark, BC; Boynton, WV; Hoffman, J.; DeFlores, LP; Gospodinova, K.; Kapit, J.; Smith, PH (2009). "Detección de perclorato y química soluble del suelo marciano: hallazgos del Phoenix Mars Lander". Science . 325 (5936): 64–67. Bibcode :2009Sci...325...64H. doi :10.1126/science.1172466. PMID  19574385. S2CID  24299495.
  24. ^ Toner, JD; Catling, DC; Light, B. (2014). "La formación de salmueras superenfriadas, líquidos viscosos y vidrios de baja temperatura en Marte". Icarus . 233 : 36–47. Bibcode :2014Icar..233...36T. doi :10.1016/j.icarus.2014.01.018.
  25. ^ Robinson, TD; Catling, DC (2014). "Tropopausa común de 0,1 bar en atmósferas espesas determinada por la transparencia infrarroja dependiente de la presión". Nature Geoscience . 7 (1): 12–15. arXiv : 1312.6859 . Código Bibliográfico :2014NatGe...7...12R. doi :10.1038/NGEO2020. S2CID  73657868.
  26. ^ Hickey, Hanna. "Un nuevo 'desequilibrio atmosférico' podría ayudar a detectar vida en otros planetas". UW News . Universidad de Washington . Consultado el 5 de agosto de 2022 .
  27. ^ Krissansen-Totton, Joshua; Olson, Stephanie; Catling, David C. (2018). "Firmas biológicas de desequilibrio a lo largo de la historia de la Tierra e implicaciones para la detección de vida en exoplanetas". Science Advances . 4 (1): eaao5747. arXiv : 1801.08211 . Bibcode :2018SciA....4.5747K. doi :10.1126/sciadv.aao5747. PMC 5787383 . PMID  29387792. S2CID  13702047.