ruua

Через миллиард лет недостаток кислорода уничтожит жизнь на Земле


Земля не сможет поддерживать жизнь вечно. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature Geoscience, наша богатая кислородом атмосфера сможет просуществовать ещё миллиард лет.

С возрастом наше Солнце становится более ярким, а это означает, что в будущем Земля будет получать больше солнечной энергии. Эта повышенная энергия повлияет на поверхность планеты, ускоряя выветривание силикатных пород, таких как базальт и гранит. Когда эти породы выветриваются, углекислый газ, вызывающий парниковый эффект, выводится из атмосферы и в результате химических реакций блокируется в карбонатных минералах. Теоретически Земля должна начать охлаждаться по мере падения уровня углекислого газа, но примерно через 2 миллиарда лет этот эффект будет сведен на нет из-за постоянно усиливающегося сияния Солнца, пишет Мэтью Уорк, научный сотрудник Школы наук о Земле и окружающей среде Сент-Эндрюсского университета.

Через миллиард лет недостаток кислорода уничтожит жизнь на Земле
Изображение: PIRO4D/Pixabay

Углекислый газ, наряду с водой, является одним из ключевых ингредиентов, необходимых растениям для фотосинтеза. С падением уровня углекислого газа будет происходить меньше фотосинтеза, а некоторые виды растений могут вообще вымереть. Меньше фотосинтеза означает меньшее производство кислорода, поэтому постепенно концентрация кислорода в атмосфере Земли будет падать, создавая кризис для других форм будущей жизни.

Итак, когда это произойдет? Чтобы выяснить это, учёные из Японии и США использовали компьютерное моделирование будущей эволюции циклов углерода, кислорода, фосфора и серы на поверхности Земли. Они также рассмотрели эволюцию климата и то, как поверхность Земли (кора, океаны и атмосфера) взаимодействует с внутренней частью планеты (мантией).

Учёные смоделировали два теоретических сценария: планета земного типа с активной биосферой и планета без активной биосферы. Интересно, что оба сценария дали в целом схожие результаты: уровни кислорода начали резко падать примерно через 1 миллиард лет в будущем. Это открытие предполагает, что хотя падение уровня углекислого газа и фотосинтез растений действительно влияют на уровень кислорода, эффект этого процесса является вторичным по отношению к долгосрочным взаимодействиям между мантией и поверхностной средой. Короче говоря, именно баланс между геохимией того, какие породы погружаются в мантию во время субдукции и какие газы испускаются из мантии через вулканы в основном влияет на то, как долго атмосфера Земли будет оставаться богатой кислородом.

Авторы исследования приходят к выводу, что наша богатая кислородом атмосфера может просуществовать еще около 1,08 миллиарда лет. Чтобы представить это в контексте, кислород начал накапливаться в атмосфере Земли только 2,5 миллиарда лет назад, во время «Великого кислородного события» — и вполне вероятно, что уровни кислорода оставались довольно низкими на протяжении большей части истории планеты, поднявшись до почти современных уровней после эволюция наземных растений около 400 миллионов лет назад.

Падение уровня кислорода почти наверняка означает конец способности Земли поддерживать сложные аэробно дышащие формы жизни. Хотя детали этого обсуждаются и свою роль играют другие факторы окружающей среды, ученые давно отметили, что эволюция и излучение сложной жизни на Земле, похоже, связаны с периодами относительного содержания кислорода.

Авторы этого исследования подсчитали, что общая пригодная для жизни продолжительность жизни Земли, до того, как она потеряет свою поверхностную воду, составляет около 7,2 миллиарда лет, но они также подсчитали, что богатая кислородом атмосфера может присутствовать только в течение 20–30% этого времени.

Почему это важно? Представьте, что мы инопланетяне в другом мире, сканирующие небеса в поисках признаков жизни, ища кислород и озон в атмосферах экзопланет. Если наши инструменты пройдут над Землей через 2 миллиарда лет или 2 миллиарда лет назад, мы могли бы интерпретировать ложный отрицательный результат — что такие планеты не имеют надежной «биосигнатуры» — и продолжить наши поиски.

Та же проблема стоит сегодня перед астрономами и планетологами: на какие экзопланеты мы должны нацеливаться и какова надежная биосигнатура инопланетной жизни? Пригодность для жизни — это не просто место вокруг звезды, а и время в эволюции планеты, и мы должны осознавать, что ограничены тем, что можем видеть прямо сейчас.

Будущее нашей атмосферы очень похоже на её далекое прошлое: мало кислорода, много метана (если не углекислого газа) с возможностью образования органических туманов. Как предполагают авторы нового исследования, используя Землю в качестве аналога, нам может потребоваться более широко подумать о том, какие газы искать в атмосферах экзопланет, и что нам, возможно, придется переосмыслить наши интерпретации того, на что могут указывать эти газы.

Людям необходимо лучше понять историю эволюции нашей атмосферы с течением времени и то, как поверхность и внутренность нашей планеты развивались вместе. Только тогда мы сможем лучше определить, существует ли жизнь в свете других солнц.