|
Жизнь может процветать на Земле еще миллиард лет
|
|
|
|
Солнце находится на полпути к стадии термоядерного синтеза. Ему около 5 миллиардов лет, и хотя его жизнь еще далека от завершения, с возрастом оно претерпит некоторые заметные изменения. В течение следующего миллиарда лет солнце будет продолжать светить ярче. Это означает, что здесь, на Земле, все изменится.
|
|
|
|
По мере того, как солнце занимается своими делами, превращая водород в гелий, соотношение водорода и гелия в его ядре меняется. Со временем ядро постепенно обогащается гелием. По мере накопления гелия в ядре плотность ядра увеличивается, что означает, что протоны более плотно упакованы друг с другом.
|
|
|
|
Это создает ситуацию, при которой солнце может более эффективно синтезировать водород. В результате цепной реакции процессов и причинно-следственных связей конечным результатом является увеличение яркости солнца. С момента его образования яркость солнца уже увеличилась примерно на 30%, и это увеличение будет продолжаться.
|
|
|
|
Любое увеличение яркости Солнца может оказать заметное воздействие на Землю. Экологические циклы, такие как углеродный, азотный и фосфорный, поддерживают биосферу Земли. По мере того как солнце становится ярче, оно будет влиять на эти циклы, включая карбонатно-силикатный цикл, который замедляет накопление углекислого газа (CO2) в атмосфере планеты.
|
|
|
Ученые полагают, что в течение следующего миллиарда лет все более яркое солнце нарушит этот цикл, что приведет к снижению уровня CO2. Растения зависят от CO2, и ожидается, что его уровень резко упадет, а это означает, что сложная наземная жизнь закончится в течение следующего миллиарда лет.
|
|
|
|
Это мрачный прогноз, но новые исследования показывают, что этого может и не произойти.
|
|
|
|
Новое исследование называется "Существенное продление срока службы земной биосферы" и было принято к публикации в журнале Planetary Science. Сейчас он находится в препринте, доступном на сервере препринтов arXiv, а ведущим автором является Р.Дж. Грэм, научный сотрудник отделения геофизических наук Чикагского университета.
|
|
|
|
"Ожидается, что примерно через 1 миллиард лет в будущем, когда солнце станет ярче, карбонатно-силикатный цикл Земли снизит уровень CO2 до минимального уровня, необходимого для сосудистых наземных растений, что приведет к уничтожению большей части макроскопической наземной жизни", - пишут авторы.
|
|
|
|
Поскольку солнце становится ярче и нагревает поверхность Земли, ученые ожидают, что карбонатно-силикатный цикл будет вытягивать больше CO2 из атмосферы из-за карбонатно-силикатного выветривания и захоронения карбонатов.
|
|
|
|
Дождевая вода обогащается атмосферным углеродом, который вступает в реакцию с силикатными породами и разрушает их. Продукты химических реакций, в результате которых они разрушаются, попадают на дно океана, где образуют карбонатные минералы. Поскольку эти минералы находятся под землей, они эффективно удаляют углерод из атмосферы.
|
|
|
|
Обычно этот цикл действует как естественный термостат Земли. Однако более высокие температуры делают реакции более эффективными, а это означает, что карбонатно-силикатный цикл удалит больше CO2 из атмосферы. Именно это привело ученых к выводу, что уровень CO2 станет настолько низким, что жизнь на планете погибнет. Однако авторы изучили эти идеи и пришли к выводу, что это может сработать не совсем так.
|
|
|
|
"Здесь мы объединяем среднемировые модели продуктивности растений, зависящей от температуры и CO2, для растений С3 и С4, выветривания силикатов и климата, чтобы пересмотреть оставшееся время для наземных растений", - пишут они.
|
|
|
|
Растения С3 и С4 - это две основные группы растений, которые классифицируются в зависимости от того, как они осуществляют фотосинтез и поглощают углерод. Они актуальны, потому что по-разному реагируют на повышение температуры.
|
|
|
|
Исследователи говорят, что последние данные показывают, что карбонатно-силикатный цикл не так сильно зависит от температуры, как считалось ранее. Напротив, он лишь слабо зависит от температуры и в большей степени зависит от CO2.
|
|
|
|
В этом случае "мы обнаруживаем, что взаимодействие между климатом, продуктивностью и атмосферными воздействиями приводит к тому, что будущее снижение концентрации CO2, вызванное освещенностью, замедляется и временно обращается вспять, предотвращая истощение растений углекислым газом", - объясняют они.
|
|
|
|
Вместо прогноза на 1 миллиард лет для растительной жизни на Земле, исследователи говорят, что уровень CO2 в атмосфере будет означать, что растениям осталось жить еще 1,6-1,86 миллиарда лет. Если растения больше не смогут выживать, это произойдет не из-за резкого снижения уровня CO2. Это произойдет не из-за нехватки CO2, а из-за того, что ученые называют влажным парниковым переходом.
|
|
|
|
Когда этот переход происходит, атмосфера планеты насыщается водяным паром по мере того, как планета нагревается. Поскольку водяной пар является мощным парниковым газом, он создает обратную связь, усиливающую потепление. В конце концов, растениям просто становится слишком жарко, чтобы выжить.
|
|
|
|
Последствия на этом не заканчиваются. Поскольку верхние слои атмосферы Земли становятся все более насыщенными водяным паром, ультрафиолетовое излучение расщепляет воду, и водород улетучивается в космос. В этой ситуации происходит постепенная и необратимая утечка воды в космос.
|
|
|
|
По мнению авторов, Земля не испытает такого перехода в течение примерно 1,6-1,86 миллиарда лет.
|
|
|
|
"Мы показываем, что последние данные, указывающие на слабую зависимость выветривания силикатов от температуры, позволяют предположить, что гибель биосферы происходит в результате перегрева, а не из-за нехватки CO2", - пишут авторы. "Эти данные свидетельствуют о том, что будущая продолжительность жизни сложной биосферы Земли может быть почти вдвое больше, чем предполагалось ранее".
|
|
|
|
Эти результаты также влияют на наше понимание обитаемости экзопланет. Это связано с так называемыми "трудными этапами" в появлении и эволюции жизни. Модель "трудных этапов" утверждает, что некоторые эволюционные переходы были трудными и вряд ли происходили дважды. Некоторые примеры - появление многоклеточных организмов и кембрийский взрыв.
|
|
|
|
Но если продолжительность жизни биосферы Земли намного больше, чем предполагалось, это влияет на модель жестких шагов.
|
|
|
|
"Более продолжительная продолжительность жизни сложной биосферы в будущем может также дать слабые статистические доказательства того, что в эволюции разумной жизни было меньше "трудных шагов", чем предполагалось ранее, и что возникновение жизни не было одним из таких трудных шагов", - заключают авторы.
|
|
|
|
Если это так, то обитаемость экзопланет может быть менее редкой, чем считалось ранее.
|
|
|
|
Источник
|
