Земля не сможет поддерживать жизнь вечно. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature Geoscience, наша богатая кислородом атмосфера может просуществовать ещё приблизительно 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, ускорив 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 сведён на нет из-за постоянно усиливающегося сияния Солнца, отмечает Мэтью Уорк (Matthew Warke), научный сотрудник Школы наук о Земле и окружающей среде Сент-Эндрюсского университета.

Есть предположение, что через миллиард лет недостаток кислорода уничтожит жизнь на Земле.Изображение: Triff/Shutterstock

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

Итак, когда же это произойдет?

Чтобы это выяснить, исследователи из Японии и США использовали компьютерное моделирование для воспроизводства 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).

Они смоделировали два теоретических сценария: планета земного типа с активной биосферой и планета без активной биосферы. Интересно, что оба сценария дали в целом схожие результаты: в будущем уровни кислорода начали резко падать примерно через 1 миллиард лет. Это открытие предполагает, что, хотя падение уровня углекислого газа и фотосинтез растений действительно влияет 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 входят в мантию во время субдукции и какие газы испускаются из мантии через вулканы, по-видимому, в основном влияет на то, как долго атмосфера Земли будет оставаться богатой кислородом.

Есть предположение, что через миллиард лет недостаток кислорода уничтожит жизнь на Земле.Изображение: Wikipedia

Авторы исследования пришли к выводу, что наша богатая кислородом атмосфера может просуществовать ещё 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 лишь после эволюции наземных растений, произошедшей около 400 миллионов лет назад.

Снижение уровня кислорода почти наверняка означало бы конец способности Земли поддерживать сложные, аэробно дышащие формы жизни. И хотя детали обсуждаются и свою роль отыгрывают другие факторы окружающей среды, учёные 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 Землёй через 2 миллиарда лет или 2 миллиарда лет назад, мы могли бы интерпретировать ложный отрицательный результат — что такие планеты не имеют надёжной «биосигнатуры» — и продолжить наши поиски.

Та же проблема стоит сегодня перед астрономами и планетологами: на какие экзопланеты мы должны нацеливаться и какова надёжная 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 наблюдать прямо сейчас.

Будущее нашей атмосферы очень похоже на её далёкое 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, возможно, потребуется более широко подумать о том, какие газы искать в атмосферах экзопланет, и что нам, возможно, придётся переосмыслить наши интерпретации того, на что могут указывать эти газы.

Нам 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.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев