地球大气中的氧将于10亿年后耗尽

我们在此,只是因为幸运。

2021年2月4日,国际空间站飞越智利时拍摄的南太平洋。ISS

大家可能已经知道,随着太阳的老化,太阳的亮度会增加,地球接收到的能量反而会越来越多。这会导致地球表面的矽酸岩——比如花岗岩和玄武岩——越来越快地风化。矽酸岩的风化会导致大气中的二氧化碳析出,并通过化学反应,固化在碳酸盐矿物中。虽然在理论上,大气二氧化碳浓度的下跌,会使地球变得更凉爽,但是未来地球的整体环境,却会因此而越来越恶化。

植物光合作用依赖二氧化碳和水。因此大气二氧化碳浓度的下跌,会导致光合作用越来越难以进行。越来越难以进行的光合作用,不但会导致许多植物灭绝,还意味着氧气产量越来越少。长此以往,地球大气中的氧气浓度也会下跌。

近日,《自然:地球科学》杂志上的一篇文章认为,地球大气层中相对较高的氧气浓度,只能再维系10亿年。而起决定性作用的,并不是这一过程。

文章的作者是一批来自日本和美国的研究人员,他们利用计算机程序,对未来地球表面碳、氧、磷和硫元素的循环进行了模拟。模拟过程考虑了气候的演化,也考虑了地球内部和外部环境的相互影响。模拟结果显示,无论地球是一个拥有活跃生物圈的类地行星,还是缺乏活跃生物圈的荒芜行星,大约10亿年后大气层的氧浓度都会显著下跌。

研究人员认为,尽管大气二氧化碳浓度的下跌和植物光合作用的减少会影响大气氧浓度,但是和地幔与地壳环境的长期相互作用相比反而是次要的。也就是说,随岩石通过板块活动进入地幔的气体,以及地幔通过火山释出气体间的平衡,对地球大气是否能够保持富氧状态更具影响力。

研究人员认为,我们的富氧大气只能再维持大约10.8亿年。地球大气中的氧气是25亿年前——也就是所谓的“大氧化时期”——才开始积累起来的。地球历史上的大部分时期,大气层中的氧气浓度其实都相当低,只是到了距离今天较近的大约4亿年前,才随着陆生植物的兴盛而猛增。

富氧时代的结束,意味着地球将不再有能力维持相对复杂的好氧生物。其实一直以来科学家早就已经注意到,复杂生命形态的演化以及爆发式增长和地球大气氧浓度相对较高的时期存在关联性。

研究人员认为,在失去表面液态水之前,地球的宜居时期加起来有72亿年。而其大气富氧期,只占这段时期的20%至30%。地球大气层的未来,可能会和其遥远的过去极为相似——缺氧,富含温室气体(甲烷或二氧化碳),以及浓重的有机雾霾。

这意味着,如果有外星智慧生命,以大气中的氧和臭氧为指标寻找地球生命的迹象,如果他们碰巧发现的是20多亿年前的地球,抑或20亿年后的地球,就会得出地球上没有生命的结论。因为这两个时期的地球大气层中缺乏所谓的“生物指标”。

所以什么样的“生物指标”才是可靠的?宜居并不只意味着空间坐标,它还是个时间坐标。它可能只是一个行星一生中的一个阶段。而针对不同的生命形态,其宜居期又各不相同。不同生命形态的“生物指标”也不相同。

只有当我们对地球大气的演化,以及对地球本身的演化有了更好的理解之后,我们才可以进一步学习判断,在宇宙中其他的太阳身边,是否也有生命?有什么样的生命?或曾经有过什么样的生命?

posted @ 22-07-07 10:22 作者:admin  阅读:
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