氧氣水平的降低，地球生命的減少

十億年后缺氧的地球會(huì)變成什么樣？

距今十億年后，缺氧將會(huì)消滅地球上的生命

（圖源：Triff）

地球?qū)o(wú)法永遠(yuǎn)支持和維持生命。根據(jù)《自然地球科學(xué)》上的一項(xiàng)新研究顯示，我們地球上的富氧大氣可能只再持續(xù)十億年。

隨著太陽(yáng)的衰老，它會(huì)變得越來(lái)越明亮，這也意味著地球?qū)?lái)能接收到更多的太陽(yáng)能。這種增加的能量將會(huì)影響地球的表面，加速玄武巖和花崗巖等硅酸鹽巖石的風(fēng)化。當(dāng)這些巖石風(fēng)化時(shí)，溫室氣體二氧化碳被從大氣排出，并通過(guò)化學(xué)反應(yīng)鎖定在碳酸鹽礦物中。理論上來(lái)說(shuō)，隨著二氧化碳水平的下降，地球應(yīng)該開始降溫，但在大約20億年后，這種影響將被太陽(yáng)越來(lái)越刺眼的強(qiáng)光所抵消。

二氧化碳和水是植物進(jìn)行光合作用所需要的關(guān)鍵成分之一。隨著二氧化碳水平的下降，更少的光合作用將會(huì)出現(xiàn)，某些類型的植物可能會(huì)完全滅絕。更少的光合作用意味著氧氣生產(chǎn)的減少，地球大氣中的氧氣濃度將逐漸下降，給其他形式的未來(lái)生命帶來(lái)危機(jī)。

所以，這些將在什么時(shí)候發(fā)生？為了找到答案，來(lái)自日本和美國(guó)的研究人員使用計(jì)算機(jī)模擬將地球表面碳、氧、磷和硫循環(huán)的未來(lái)發(fā)展做成模型。他們還考慮了氣候演變以及地球表面（地殼、海洋和大氣）如何與地球內(nèi)部（地幔）進(jìn)行相互作用。

他們模擬了兩種理論情形：一種是有活躍生物圈的類地行星和另一種沒(méi)有活躍生物圈的。有趣的是，這兩種方案都產(chǎn)生了基本上相似的結(jié)果：未來(lái)十億年左右，氧氣水平開始急劇下降。雖然二氧化碳和植物光合作用水平的下降確實(shí)會(huì)影響氧氣水平，但這一過(guò)程的結(jié)果是地幔和地表環(huán)境之間長(zhǎng)期相互作用的次要影響。簡(jiǎn)而言之，這是在俯沖期間進(jìn)入地幔的巖石的地球化學(xué)（見下圖）和通過(guò)火山從地幔釋放的氣體之間的平衡，這也似乎主要影響地球大氣保持富氧狀態(tài)的時(shí)間。

（圖解：俯沖是巖石沉入地球內(nèi)部的過(guò)程，但這些巖石可能攜帶某些氣體。 圖源：stihii）

這項(xiàng)研究的作者得出結(jié)論，我們的富氧大氣可能只能再維持10.8億年左右的時(shí)間。放在這種背景下，氧氣在25億年前的大氧化事件期間才開始在地球大氣層中積累，并且在地球歷史的大部分時(shí)間里，氧氣水平可能保持相當(dāng)?shù)偷乃?，只有在大約4億年前陸地植物進(jìn)化后才上升到接近現(xiàn)代水平。

氧氣的終結(jié)幾乎肯定標(biāo)志著地球能夠支持復(fù)雜、有氧呼吸的生命形式的終結(jié)。盡管研究的細(xì)節(jié)存在爭(zhēng)議，其他環(huán)境因素也在起作用，但科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直注意到，地球上復(fù)雜生命的演化和輻射似乎與相對(duì)富氧的時(shí)期相關(guān)聯(lián)。

這項(xiàng)研究的作者估計(jì)，地球在失去其地表水分之前的總可居住壽命約為72億年，但他們也預(yù)測(cè)出在那個(gè)時(shí)間里富氧大氣可能只存在約20%-30%。

這為什么重要？想象一下，如果我們是另一個(gè)星球上的外星人，通過(guò)在系外行星的大氣層中尋找氧氣和臭氧來(lái)掃描天空尋找生命的跡象。如果我們的儀器在20億年后或20億年前經(jīng)過(guò)地球，我們可能會(huì)解釋一個(gè)錯(cuò)誤的否定性結(jié)果我——這些行星缺乏可靠的“生物信號(hào)”，并繼續(xù)我們的搜索。

（圖源：Triff）

今天天文學(xué)家和行星科學(xué)家面臨著同樣的問(wèn)題：我們應(yīng)該以什么樣的系外行星為目標(biāo)，外星生命的可靠生物信號(hào)是什么？宜居性不僅僅是恒星周圍的一個(gè)地方，也是行星演化的一個(gè)時(shí)期，我們必須意識(shí)到我們現(xiàn)在所能看到的東西是有限的。

我們大氣的未來(lái)與它遙遠(yuǎn)的過(guò)去表現(xiàn)出強(qiáng)烈的相似性：氧氣含量低，富含甲烷（如果不是二氧化碳的話），并可能存在有機(jī)煙霧。

正如這項(xiàng)新研究的作者所建議的那樣，使用地球作為類比的話，我們可能需要更廣泛地思考在系外行星大氣中尋找哪些氣體，我們可能還需要重新思考我們對(duì)這些氣體可能表明什么的理解。

我們需要更好地了解我們自己的大氣層隨時(shí)間演化的歷史，以及我們星球的表面和內(nèi)部是如何共同演化的。只有這樣，我們才能更好地確定是否有生命生活在其他太陽(yáng)的強(qiáng)光中

BY:Matthew Warke

FY: Raywannabethelight

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