自然科普：10億年后，缺氧環(huán)境會(huì)毀滅地球上所有的生命


圖片來(lái)源：Pixabay
地球沒有能力永遠(yuǎn)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(xiàng)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(zhǎng)，太陽(yáng)會(huì)變得越來(lái)越明亮，這意味著未來(lái)地球?qū)?huì)接收到更多的太陽(yáng)能。不斷增加的太陽(yáng)能會(huì)影響地球的表面，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(jìn)行風(fēng)化作用時(shí)，溫室氣體二氧化碳會(huì)從大氣環(huán)境中分離出來(lái)，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(huì)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(qiáng)的陽(yáng)光所抵消。
二氧化碳和水是植物進(jìn)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(huì)滅絕。越來(lái)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(lái)的許多其他生命形式將面臨危機(jī)。
那么，這將會(huì)在什么時(shí)候發(fā)生呢？為了找到結(jié)果，來(lái)自日本和美國(guó)的研究者運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)模擬了地球表面碳、氧、磷和硫循環(huán)的未來(lái)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(gè)理論場(chǎng)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(gè)場(chǎng)景產(chǎn)生了大致相似的結(jié)果：大約10億年后，氧氣水平會(huì)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(shí)會(huì)影響氧氣含量，但是由于地幔和地表環(huán)境之間長(zhǎng)期的相互作用，這一過程帶來(lái)的影響是次要的?？偟膩?lái)說，巖石俯沖進(jìn)入地幔與氣體通過火山噴發(fā)從地幔中釋放出來(lái)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(rèn)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(shí)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(jìn)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(biāo)志著地球無(wú)法支持復(fù)雜的、需氧呼吸的生物形式。盡管一些細(xì)節(jié)還存在爭(zhēng)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(jìn)化和輻射發(fā)展過程似乎都發(fā)生在氧含量相對(duì)豐富的時(shí)期。
研究的發(fā)起者估計(jì)，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(jì)算，富氧大氣可能只能存在20%-30%的時(shí)間。
為什么氧氣很重要？想象我們是另一個(gè)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(lái)檢測(cè)天空中的生命跡象。如果檢測(cè)儀器在20億年后或20億年前經(jīng)過地球，我們可能會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為這個(gè)星球上缺乏可靠的生物特征，然后繼續(xù)我們的檢測(cè)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(biāo)？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(gè)地方，而且是行星進(jìn)化中的一個(gè)時(shí)期，我們必須時(shí)刻意識(shí)到，目前我們能看到的事物都是局限的。
未來(lái)，大氣層會(huì)遇到與遙遠(yuǎn)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(jī)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(shí)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(jìn)來(lái)源：theconversation
引進(jìn)鏈接：https://theconversation.com/a-billion-years-from-now-a-lack-of-oxygen-will-wipe-out-life-on-earth-156241
本文來(lái)自：環(huán)球科學(xué)



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