Вчені назвали термін загибелі всього живого на землі і як це станеться

ДУМКА 31, Березень 2021, 00:10 239
Вчені назвали термін загибелі всього живого на землі і як це станеться

У майбутньому, приблизно через сім мільярдів років, Сонце стане гарячим і перетвориться на червоний гігант, який, швидше за все, поглине Землю. Але планета перестане бути придатною для проживання живих організмів набагато раніше. Це відбудеться не тільки через випаровування океанів, але і через серйозні зміни в складі атмосфери.

Про це йдеться в новій науковій роботі вчених із США і Японії, які вважають, що максимальний термін існування складного життя на Землі — близько одного мільярда років.

В даний час біосфера Землі підтримує частку кисню в атмосфері на рівні 20 відсотків за рахунок фотосинтезуючих організмів. Відомо, що більшу частину історії Землі рівень кисню був нижче, ніж в наші дні, а його концентрація в атмосфері почала підвищуватися тільки після появи наземних рослин. Еволюція біосфери прискорила геохімічні цикли таких важливих для життя хімічних елементів, як фосфор. Однак фотосинтезу самого по собі недостатньо для підтримки високого рівня кисню на планеті.

Попередні дослідження, присвячені населеності землі в майбутньому, були зосереджені на взаємозв’язку між розігріванням Сонця при його перетворенні в червоного гіганта, карбонат-силікатним геохімічним циклом і втратами води. З плином часу, у міру того як сонце стає яскравішим, концентрація вуглекислого газу буде падати, що порушить важливі для біосфери геохімічні цикли. Ряд теоретичних моделей передбачає, що клімат Землі в найближчі два мільярди років стане вологим через потужний парниковий ефект, в результаті чого велика кількість води почне випаровуватися з стратосфери в космос.

У новому дослідженні вчені спрогнозували населеність землі в майбутньому на основі докладної моделі, що відстежує вплив сонця на такі геохімічні цикли, як цикл вуглецю, кисню, фосфору і сірки. Фахівці додали до цього цикл метану, що включає метаболізм живих організмів, а також окислювально-відновний обмін між корою і мантією, що дозволяє відстежити процеси, контролюючі рівень кисню в атмосфері в геологічних масштабах часу. Така модель здатна охопити мільярди років історії планети в майбутньому.

Читайте також: Астрономи знайшли на супутнику Сатурна ідеальні умови для зародження життя

Дослідники використовували стохастичний підхід, випадковим чином підбираючи значення параметрів для моделі, включаючи зміни в швидкості дегазації мантії Землі, а також прискорення ерозії. Вони задали початкові умови (етап ініціалізації) для Землі 600 мільйонів років тому, а потім прогнали модель приблизно 400 тисяч разів, охопивши еволюцію планети до теперішнього часу. З усієї вибірки прогонів лише близько п’яти тисяч відтворили умови на Землі, наближені до сучасних. Саме вони були використані для прогнозування майбутнього.

Незважаючи на деяку невизначеність, ні за одним зі сценаріїв збагачена киснем атмосфера не існуватиме довше 1,5 мільярда років. Це реалізується лише в свідомо неможливому сценарії, де сонце не збільшує свою яскравість.

Саме зменшення кількості надходить в атмосферу вуглекислого газу призведе до фотохімічної дестабілізації атмосфери і різкого падіння рівня кисню. Це відбувається як за рахунок геохімічного циклу вуглецю, що зачіпає цикл кисню, так і через зниження біосферної активності, тобто глобального фотосинтезу. Так, рослини з С3-фотосинтезом (більшість рослин використовують саме цей тип фотосинтезу) зникнуть приблизно через 500 мільйонів років, що вдарить по атмосферній оксигенації.

Через зникнення рослин пригнічується хімічне вивітрювання і пов’язаний з ним цикл фосфору, при якому важлива мінеральна речовина потрапляє з суші в океан. Рівень активності морських екосистем з часом теж зменшиться.

Біосфера на Землі стане схожа на ту, що існувала за часів архея, до Великого кисневого події 2,45 мільярда років тому. Зокрема, рівень атмосферного кисню при новому рівноважному стані виявиться на багато порядків нижче, ніж в даний час, а рівень метану різко зросте. У той же час буде одна істотна відмінність: зниження рівня вуглекислого газу, що збільшує співвідношення CH4 і CO2 і призводить до появи органічної серпанку.

Після того як глобальна температура поверхні Землі перевищить 300 кельвінів, подальше потепління почне пригнічувати залишкову наземну і морську біосферну активність. У будь-якому випадку на планеті не зможе жити ніхто, крім мікроорганізмів.

Читайте також: Астрономи оцінили можливість зіткнення Землі з астероїдами в найближчі 100 років

Як пишуть автори роботи, органічна серпанок може послужити біосигнатурою (ознакою існування життя) на планетах типу Землі, що знаходяться в системі зірок головної послідовності. Такий потенційною планетою вважається, наприклад, Kepler-452b, що обертається навколо зірки G2, чий вік досягає приблизно шість мільярдів років. В даний час цей світ отримує від батьківської зірки на 10 відсотків більше тепла, ніж Земля від сонця. Органічна серпанок також здатна забезпечити довгострокову стабільність нового типу клімату в майбутньому.

Використані вченими моделі включали вплив біосфери Землі, проте Планети можуть мати і абсолютно несхожі біосфери — наприклад, позбавлені рослинного покриву. Щоб вивчити, наскільки істотно цей вплив, вчені виключили земну біосферу з моделі. Як і очікувалося, відсутність наземних рослин призводить до більш низьких рівнів атмосферного O2 протягом всієї планетарної еволюції. Однак кисню все одно залишиться достатньо протягом мільярда років, щоб його можна було виявити за допомогою астрономічних інструментів. Такий результат передбачає, що наявність або відсутність земної біосфери (але не біосфери взагалі) надає лише вторинний вплив на деоксигенацію повітряної оболонки.

Робота дослідників допоможе пошуку потенційно придатних для життя планет, оскільки час, коли існує киснева атмосфера, сильно обмежений, і лише частина історії Землі буде характеризуватися надійно виявленими рівнями кисню. Пряме виявлення O2 у видимому діапазоні довжин хвиль буде складним завданням протягом більшої частини часу існування планети типу Землі за винятком 1,5-2 мільярда років. Це приблизно відповідає 20-30 відсоткам часу існування Землі як населеного світу, включаючи епоху мікробів. У той же час спостереження за слідами озону в ультрафіолетових хвилях можуть розширити це «вікно».

Новини за темою: