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科学家警告:地球可能发生颠覆性转变!大气氧含量重回24亿年前

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  今天,富氧大气塑造出了一颗宇宙中绝无仅有的蓝色星球,无数的生命正在地球上蓬勃发展。但是,这种大气环境并不是地球的“常态”。想象一下,如果地球大气成分发生根本转变,人类还存在吗?事实上,科学家们已经预测到,未来地球的大气层将恢复为富含甲烷且低氧含量的氛围,而这不仅仅对整个人类文明造成威胁,也将整个地球生命置于险境。

  

  大约24亿年前,受到未知的原因,地球大气中游离氧的含量急剧增加,自此地球生命才开始兴旺起来。而发表在顶级期刊《Nature Geoscience》上的一项研究表明,地球大气层将迎来颠覆性的转变,这一转变将使地球回到24亿年前——大氧化事件(GOE)之前的状态。毫无疑问,这对绝大多数生命而言是毁灭性的。

  

  为了评估氧气含量变化对地球生命的影响,研究人员对地球生物圈进行了详细的建模分析。模拟结果显示,随着太阳亮度和辐射到地球热量的增加,气体会更多地被分解,由此造成大气二氧化碳水平的相对下降。而二氧化碳含量降低意味着进行光合作用的生物难以高效运作,最终植物的死亡与地球氧气含量的减少形成恶性循环。当氧气含量下降后,厌氧的甲烷细菌将大量繁殖,它们的扩张又将引发大气甲烷含量的急剧上升

  

  科学家们此前预测认为,在未来20亿年内,太阳辐射强度的增加将导致地球表面的海水蒸发,使得生命无法存活。但是基于40万次模拟的新研究发现,未来10亿年左右率先出现的氧气含量减少将直接引发地球生命的消失。

  

  模型预测显示,地球的富氧大气层仅能维持十亿年。极端的氧气含量急剧下降,很可能会在地球气候系统中出现潮湿的温室条件,或在地表水大量流失之前触发。到那时,地球大气的主要特征是甲烷含量升高、二氧化碳含量很低且没有臭氧的存在,人类和绝大多数依靠氧气来维持生命活动的生命形式将走到尽头,所以弄清楚氧气含量在未来十亿年内的变化至关重要。

  

  不过气候学家们也坦言称,这种“极端的气候变化”可能再过十亿年也不会发生,但关键在于,当变化发生开始时,它将快速朝着“崩溃”的方向演化。佐治亚理工学院的地球科学家Chris Reinhard)警告称,氧气含量的下降将引发非常非常极端的后果,这是我们今天所无法衡量的。

  

  这项研究还与在太阳系之外寻找“第二个地球”有关。日本东邦大学的环境科学家Kazumi Ozaki通过统计计算发现,地球富含氧气的时间跨度仅仅占地球寿命的20-30%,高等生物消失以后,微生物将重新成为地球的主宰。

  

  因为充足的氧气含量并不是一个星球适合生命繁衍的必要条件,有些行星过去可能存在氧气,只是今天氧气含量下降,因此并不能排除存在生命的可能性。未来对地外可居住行星的探索不应该过分关注氧气含量,寻找其他的生物特征才是更为重要的任务。

  责编/朱张航宇

  参考文献:Ozaki, K., Reinhard, C.T. The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere. Nat. Geo sci. (2021).

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