Naukowcy nazwali czas śmierci wszelkiego życia na Ziemi. Jak dokładnie to się stanie?

Spisu treści:

Naukowcy nazwali czas śmierci wszelkiego życia na Ziemi. Jak dokładnie to się stanie?
Naukowcy nazwali czas śmierci wszelkiego życia na Ziemi. Jak dokładnie to się stanie?
Anonim

W przyszłości, za około siedem miliardów lat, Słońce stanie się gorętsze i zamieni się w czerwonego olbrzyma, który prawdopodobnie połknie Ziemię. Ale planeta przestanie być odpowiednia dla żywych organizmów znacznie wcześniej. Stanie się tak nie tylko z powodu parowania oceanów, ale także z powodu dużych zmian w składzie atmosfery. „Lenta.ru” szczegółowo opowiada o nowej pracy naukowej naukowców ze Stanów Zjednoczonych i Japonii, którzy uważają, że maksymalny czas życia złożonego życia na Ziemi wynosi około miliarda lat.

Tysiące losów

Obecnie biosfera Ziemi utrzymuje 20% zawartości tlenu w atmosferze poprzez organizmy fotosyntetyczne. Wiadomo, że przez większość historii Ziemi poziom tlenu był niższy niż obecnie, a jego stężenie w atmosferze zaczęło wzrastać dopiero po pojawieniu się roślin lądowych. Ewolucja biosfery przyspieszyła cykle geochemiczne tak ważnych pierwiastków chemicznych, jak fosfor. Jednak sama fotosynteza nie wystarczy, aby utrzymać wysoką zawartość tlenu na planecie.

Wcześniejsze badania nad przyszłymi możliwościami zamieszkania na Ziemi koncentrowały się na związku między nagrzewaniem się Słońca, które zamienia się w czerwonego olbrzyma, cyklem geochemicznym węglano-krzemianowego i utratą wody. Z biegiem czasu, gdy słońce staje się jaśniejsze, stężenie dwutlenku węgla będzie spadać, co zakłóci ważne dla biosfery cykle geochemiczne. Szereg modeli teoretycznych sugeruje, że klimat Ziemi w ciągu najbliższych dwóch miliardów lat stanie się wilgotny z powodu silnego efektu cieplarnianego, w wyniku którego duża ilość wody zacznie uciekać ze stratosfery w kosmos.

Image
Image

Obieg węgla na ziemi

Obraz: Wikipedia

W nowym badaniu naukowcy przewidzieli przyszłe zamieszkanie na Ziemi na podstawie szczegółowego modelu, który śledzi wpływ Słońca na cykle geochemiczne, takie jak węgiel, tlen, fosfor i siarka. Eksperci dodali do tego cykl metanowy, który obejmuje metabolizm organizmów żywych, a także wymianę redoks między skorupą a płaszczem, co umożliwia śledzenie procesów kontrolujących poziom tlenu w atmosferze w czasie geologicznym skala. Taki model jest w stanie w przyszłości objąć miliardy lat historii planety.

Naukowcy zastosowali podejście stochastyczne, losowo dopasowując wartości parametrów do modelu, w tym zmiany tempa odgazowania płaszcza Ziemi, a także przyspieszenie erozji. Ustalili warunki początkowe (etap inicjalizacji) dla Ziemi 600 milionów lat temu, a następnie przeprowadzili model około 400 tysięcy razy, obejmujący ewolucję planety do chwili obecnej. Z całej próbki przebiegów tylko około pięciu tysięcy odtworzyło warunki na Ziemi, zbliżone do współczesnych. Były używane do przewidywania przyszłości.

Wszystko jest źle

Pomimo pewnej niepewności, w żadnym ze scenariuszy atmosfera bogata w tlen nie przetrwałaby dłużej niż 1,5 miliarda lat. Jest to realizowane tylko w scenariuszu celowo niemożliwym, w którym Słońce nie zwiększa swojej jasności. Spadek stężenia tlenu następuje z powodu wzrostu temperatury powierzchni Ziemi, a także z powodu zmniejszenia ilości dwutlenku węgla w atmosferze.

To właśnie zmniejszenie ilości dwutlenku węgla dostającego się do atmosfery doprowadzi do fotochemicznej destabilizacji atmosfery i gwałtownego spadku poziomu tlenu. Wynika to zarówno z geochemicznego cyklu węgla wpływającego na obieg tlenu, jak i spadku aktywności biosfery, czyli globalnej fotosyntezy. Tak więc rośliny z fotosyntezą C3 (większość roślin korzysta z tego typu fotosyntezy) znikną po około 500 milionach lat, co wpłynie na natlenienie atmosfery.

Image
Image

Porównawcze rozmiary obecnego Słońca i czerwonego olbrzyma

Obraz: Wikipedia

Zanikanie roślin hamuje wietrzenie chemiczne i związany z nim cykl fosforu, w którym ważny minerał jest przenoszony z lądu do oceanu. Z czasem zmniejszy się również poziom aktywności ekosystemów morskich.

Biosfera na Ziemi będzie podobna do tej, która istniała w czasach Archaanu, przed Wielkim Wydarzeniem Tlenowym 2,45 miliarda lat temu. W szczególności poziom tlenu atmosferycznego w nowym stanie równowagi będzie o wiele rzędów wielkości niższy niż obecnie, a poziom metanu gwałtownie wzrośnie. Jednocześnie pojawi się jedna istotna różnica: spadek poziomu dwutlenku węgla, co zwiększa stosunek CH4 do CO2 i prowadzi do pojawienia się organicznego zamglenia.

Gdy globalna temperatura powierzchni Ziemi przekroczy 300 kelwinów, dalsze ocieplenie zacznie tłumić pozostałą aktywność biosfery na lądzie i morzu. W każdym razie nikt nie może żyć na planecie poza mikroorganizmami.

Inne światy

Jak piszą autorzy pracy, mgła organiczna może służyć jako biosygnatura (znak istnienia życia) na planetach takich jak Ziemia, położonych w układzie gwiazd ciągu głównego. Taką potencjalną planetą jest na przykład Kepler-452b krążący wokół gwiazdy G2, której wiek sięga około sześciu miliardów lat. Ten świat otrzymuje obecnie 10 procent więcej ciepła od gwiazdy macierzystej niż Ziemia od Słońca. Mgła organiczna może również zapewnić długoterminową stabilność dla nowego typu klimatu w przyszłości.

Image
Image

Pomysł artysty na śmierć Ziemi

Zdjęcie: Wikipedia

Modele wykorzystywane przez naukowców obejmowały wpływ biosfery Ziemi, ale planety mogą mieć też zupełnie inne biosfery – na przykład pozbawione roślinności. Aby zbadać, jak istotny jest ten wpływ, naukowcy wykluczyli z modelu biosferę ziemską. Zgodnie z oczekiwaniami, brak roślin lądowych skutkuje niższymi poziomami atmosferycznego O2 w całej ewolucji planetarnej. Jednak tlenu wciąż będzie wystarczająca ilość na miliard lat, aby mogła zostać wykryta przez instrumenty astronomiczne. Wynik ten sugeruje, że obecność lub brak biosfery ziemskiej (ale nie biosfery w ogóle) ma jedynie drugorzędny wpływ na odtlenienie powłoki powietrznej.

Praca badaczy pomoże w poszukiwaniach planet potencjalnie nadających się do zamieszkania, gdyż czas istnienia atmosfery tlenowej jest bardzo ograniczony i tylko część historii Ziemi będzie charakteryzować się wiarygodnymi wykrywalnymi poziomami tlenu. Bezpośrednia detekcja O2 w widzialnym zakresie długości fal będzie wyzwaniem przez większość życia planety takiej jak Ziemia, z wyjątkiem 1,5-2 miliardów lat. Odpowiada to mniej więcej 20-30 procentom życia Ziemi jako świata zamieszkałego, wliczając w to wiek drobnoustrojów. Jednocześnie obserwacja śladów ozonu w falach ultrafioletowych może poszerzyć to „okno”.

Zalecana: