我们富氧的大气只能再维持10亿年的时间吗?为什么这么说?
根据一项新研究,我们富氧的大气可能只能再维持10亿年。
随着太阳年龄的增长,它变得越来越亮,这意味着未来地球将接收更多的太阳能。这种增加的能量将影响行星的表面,加速玄武岩和花岗岩等硅酸盐岩石的风化。当这些岩石风化时,温室气体中的二氧化碳会通过锁定在碳酸盐矿物中的化学反应而从大气中排出。从理论上讲,随着二氧化碳含量的下降,地球应该开始降温,但是在大约20亿年内,这种影响将被日渐刺眼的太阳眩光所抵消。
二氧化碳与水一起,是植物进行光合作用所需的关键成分之一 。随着二氧化碳含量的下降,光合作用将减少,某些类型的植物可能会完全消失。较少的光合作用意味着较少的氧气产生,并且地球大气中的氧气浓度将逐渐下降,从而给其他形式的未来生活带来危机。
那么,什么时候会发生呢?为了找出这一点 ,日本和美国的研究人员使用计算机模拟来模拟地球表面上碳,氧,磷和硫循环的未来演变。他们还考虑了气候演变以及地球表面(地壳,海洋和大气层)与行星内部(地幔)的相互作用。
他们对两种理论情况进行了建模:一个具有活跃生物圈的类地行星和一个没有活跃生物圈的行星。有趣的是,两种情况都产生了大致相似的结果:未来10亿年左右,氧气水平开始急剧下降。这一发现表明,虽然二氧化碳含量的下降和植物的光合作用确实会影响氧气的含量,但这一过程的影响是地幔和地表环境之间长期相互作用的次要因素。简而言之,是地球化学在俯冲过程中进入地幔的岩石与地幔通过火山喷发的气体之间的平衡,这似乎主要影响着地球大气层保持富氧状态的时间。
该作者得出结论:我们的富氧大气可能仅能维持大约10.8亿年。为了说明这一点,氧气只是在25亿年前的“大氧化事件”期间才开始在地球大气层中积累, 并且在整个地球的大部分历史中,氧气含量可能都保持在相当低的水平,但随着地球大气 中氧气含量的增加,氧气含量仅上升到了近现代水平。大约4亿年前土地植物的演变 。
氧气的终结几乎肯定会标志着地球能够支持复杂的,需氧呼吸的生命形式的终结。尽管对细节进行了辩论,并且还有其他环境因素在起作用,但科学家们长期以来一直指出,地球上复杂生命的演化和辐射似乎与相对富氧时期有关 。
该研究的作者估计,在地球失去地表水之前,地球的总宜居寿命约为72亿年,但他们还计算出,富氧大气可能只存在其中的 20%至30%时间。
为什么这很重要?想象我们是另一个世界上的外星人,他们通过在系外行星的大气层中寻找氧气和臭氧来扫描天堂的生命迹象 。如果我们的仪器从现在起或20亿年前超过20亿年,那么我们可能会解释一个错误的否定词——这种行星缺乏可靠的“生物特征”-并继续我们的搜索。
今天的天文学家和行星科学家面临着同样的问题:我们应该瞄准哪种系外行星,外星生命的可靠生物特征是什么?宜居性不仅是围绕恒星的位置,而且是行星演化的时间,我们必须始终意识到,我们仅限于眼前所见。
我们大气层的未来与遥远的过去很像:低氧,富含甲烷(如果不是二氧化碳的话)以及有机雾的可能性。正如这项新研究的作者所建议的那样,使用地球作为模拟物,我们可能需要更广泛地考虑在系外行星大气中寻找哪些气体,并且我们可能需要重新思考对这些气体可能表示什么的解释。
我们需要更好地理解我们自己的大气层随着时间的推移而演变的历史,以及我们星球的表面和内部是如何一起演变的。只有到那时,我们才能更好地确定是否有生命生活在其他太阳的强光下。
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