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10亿年后,地球大部分生命将缺氧而亡

终有一天,地球会截然不同。图片来源:Alexandr Yurtchenko / Alamy

如今,氧气约占地球大气层的21%。大气层富含氧气的特性对于像人类这样需要氧气才能生存的大型复杂生物来说,是理想的选择。

但在地球历史的早期,氧气含量要低得多,而且在遥远的未来,氧气含量可能会再次降低。近日发表在《自然—地球科学》的研究发现,10亿年后,地球大气层将变成贫氧、富甲烷状态,将不适合复杂的有氧生命居住。

日本船桥东邦大学Kazumi Ozaki和美国佐治亚理工学院Chris Reinhard模拟了地球的气候、生物和地质系统,从而分析预测地球大气条件将如何变化。研究人员称,在接下来的10亿年里,地球大气将保持富氧状态,之后快速的脱氧作用会让大气回到类似于24亿年前大氧化事件前的早期状态。

研究人员认为,地球的含氧大气层不会是一个永久的特征。这种转变的一个核心原因是,随着太阳老化,它将变得更热,并释放出更多的能量。由于二氧化碳会吸收热量分解,因此,太阳老化会导致大气中二氧化碳的数量减少,

Ozaki和Reinhard估计,10亿年后,二氧化碳水平将变得如此之低,以至于包括植物在内的光合作用生物将无法生存和产生氧气。这些光合生物的大量灭绝将是氧气大量减少的主要原因。

“氧气的下降是非常极端的,我们估计的数值大约是比现在少100万倍的氧气。”Reinhard说。

研究人员还估计,届时大气中的甲烷将同时增加,并达到目前的1万倍之多。一旦地球大气开始发生变化,它们将迅速发展。研究团队的计算表明,大气中的氧气可能在短短1万年的时间里消失。

生物圈无法适应如此剧烈的环境变化。Reinhard表示:“之后,地球上的生命将只剩下微生物,一个目前隐藏在暗处的厌氧菌和原始细菌的世界将再次占据主导地位。”陆地生物将不复存在,水生生物也将不复存在,臭氧层将消耗殆尽,地将球和海洋暴露在高浓度的紫外线和炙热的太阳下。

这项研究是美国国家航空航天局对行星宜居性研究项目的一部分,含氧的生物特征通常用于识别宜居行星,该预测对寻找其他行星上的生命具有一定意义。

美国约翰斯·霍普金斯大学Natalie Allen认为,氧气以多种形式存在,是一种非常重要的生物信号,并与地球上的生命紧密地交织在一起。但新预测表明,氧气的存在是可变的,可能在一个宜居星球上并不会永久存在。

美国波多黎各大学Kevin Ortiz Ceballos认为,对于其他恒星周围与地球非常相似的行星来说,在它们的大气中也可能检测不到大量的氧气,即使它们能够支持或曾经支持过复杂的生命。他表示,在行星周围没有检测到氧气并不意味着它们不适合居住。

Ozaki和Reinhard认为,可以用其他生物特征代替氧气来寻找外星生命。例如,行星大气中的碳氢化合物雾气可能会提供更持久的外星生命特征。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5