自然科普：10億年后，缺氧環(huán)境會毀滅地球上所有的生命


圖片來源：Pixabay
地球沒有能力永遠支持和維系生命體的存活。根據(jù)《自然·地球科學(xué)》（Nature Geoscience）的一項最新研究，富氧大氣也許只能再持續(xù)10億年。
隨著年齡的增長，太陽會變得越來越明亮，這意味著未來地球?qū)邮盏礁嗟奶柲堋２粩嘣黾拥奶柲軙绊懙厍虻谋砻?，加速如玄武巖、花崗巖等硅酸鹽巖石的風(fēng)化。當(dāng)這些巖石進行風(fēng)化作用時，溫室氣體二氧化碳會從大氣環(huán)境中分離出來，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)鎖定在碳酸鹽礦物中。理論上講，地球應(yīng)該會隨著大氣中二氧化碳含量的降低而開始變冷，但在20億年后，這種影響將被不斷增強的陽光所抵消。
二氧化碳和水是植物進行光合作用所必備的關(guān)鍵原料。隨著大氣中二氧化碳水平的下降，植物的光合作用減少，一些種類的植物可能會滅絕。越來越少的光合作用意味著氧氣供應(yīng)量將不斷減少，地球大氣中的氧氣濃度逐漸下降，未來的許多其他生命形式將面臨危機。
那么，這將會在什么時候發(fā)生呢？為了找到結(jié)果，來自日本和美國的研究者運用計算機模擬技術(shù)模擬了地球表面碳、氧、磷和硫循環(huán)的未來演變情況。他們還考慮了氣候演化以及地球表面（地殼、海洋和大氣）與地球內(nèi)部（地幔）的相互作用。
他們模擬了兩個理論場景：有活躍生物圈的類地行星和沒有活躍生物圈的類地行星。有趣的是，兩個場景產(chǎn)生了大致相似的結(jié)果：大約10億年后，氧氣水平會開始急劇下降。這一結(jié)果表明，雖然二氧化碳含量和光合作用的減少確實會影響氧氣含量，但是由于地幔和地表環(huán)境之間長期的相互作用，這一過程帶來的影響是次要的?？偟膩碚f，巖石俯沖進入地幔與氣體通過火山噴發(fā)從地幔中釋放出來之間的地球化學(xué)平衡，似乎是影響地球維持富氧環(huán)境的主要因素。


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研究的發(fā)起者認為我們的富氧大氣可能只能維持大約10.8億年?？v觀歷史，氧氣含量在地球歷史的大部分時間里一直保持著很低的水平，直到大約4億年前，在陸地植物開始進化之后才開始上升到接近現(xiàn)代的水平。
氧氣的匱乏幾乎一定標志著地球無法支持復(fù)雜的、需氧呼吸的生物形式。盡管一些細節(jié)還存在爭議，其他環(huán)境因素也在發(fā)生作用，但科學(xué)家早就注意到，地球復(fù)雜生命體的進化和輻射發(fā)展過程似乎都發(fā)生在氧含量相對豐富的時期。
研究的發(fā)起者估計，在地球失去地表水之前，其宜居壽命在72億年左右，但經(jīng)計算，富氧大氣可能只能存在20%-30%的時間。
為什么氧氣很重要？想象我們是另一個世界的外星人，通過在系外行星的大氣層中尋找氧氣和臭氧來檢測天空中的生命跡象。如果檢測儀器在20億年后或20億年前經(jīng)過地球，我們可能會錯誤地認為這個星球上缺乏可靠的生物特征，然后繼續(xù)我們的檢測搜索。


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如今，天文學(xué)家和行星科學(xué)家也遇到了同樣的問題：我們應(yīng)該以什么樣的系外行星為目標？什么是外星生物的可靠生物特征？宜居性不僅是恒星周圍的一個地方，而且是行星進化中的一個時期，我們必須時刻意識到，目前我們能看到的事物都是局限的。
未來，大氣層會遇到與遙遠的過去十分相似的狀況：氧氣含量低，沼氣含量高（如果不是二氧化碳的話），并且有可能產(chǎn)生有機煙霧。就像研究發(fā)起者說的一樣，通過將地球作為類比物，我們也許需要更廣泛地思考應(yīng)該在系外行星的大氣層中尋找哪些氣體，而且我們可能需要重新思考這些氣體暗示著什么意義。
我們需要更好地理解大氣層隨時間演變的歷史，以及地球的表面與內(nèi)部是如何協(xié)同演變的。只有這樣，我們才能更好地確定是否有生命存在于其他恒星的光芒之下。
撰文：Matthew Warke
翻譯：黃子郁
審校：殷姝雅
引進來源：theconversation
引進鏈接：https://theconversation.com/a-billion-years-from-now-a-lack-of-oxygen-will-wipe-out-life-on-earth-156241
本文來自：環(huán)球科學(xué)



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