把46亿年压成一天来看,人类文明只是最后一瞬。可就是这最后一瞬里的呼吸,被科学家算出了"保质期"。
佐治亚理工学院的克里斯托弗·莱因哈德,和日本东邦大学的尾崎和海,共同搭建了一套耦合大气化学与气候演化的随机模型,经过数十万次推演,为氧气留下的"宜居窗口"开出了一个具体数字——10.8亿年,上下浮动约1400万年。
论文最早刊登于《自然·地球科学》。推动这场终局的,不是人类的活动,而是太阳自己。
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恒星每过一亿年就悄悄亮一分,热辐射缓慢攀升,带动地表岩石加速风化,把大气中的二氧化碳一点点"封"进石头里。原料被抽走,光合作用这条生产线失速,氧气工厂随之停摆。
模型预测,一旦临界点被越过,残存氧气会在约一万年内被岩石、火山气体与有机物分解耗尽——相对地球46亿岁的账本,这几乎是一眨眼。
届时臭氧层瓦解,紫外线长驱直入,复杂生命退场,舞台重新交回深海与地底的厌氧微生物手中,大气状态将类似大氧化事件之前的早期地球。
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氧气是地球生命的基础,目前约占大气成分的21%,对众多物种的生存至关重要。然而,氧气并非自地球诞生之初便存在。
约45亿年前地球形成时,大气的主要成分是水蒸气、甲烷和二氧化碳,环境与今日截然不同。大约24亿年前的"大氧化事件"才使地球大气进入富氧状态。
一项发表于《自然》杂志的研究预测,在遥远的未来,地球大气将重新回到低氧状态,相当于回归大氧化事件之前的情形。研究人员指出,这一转变很可能要在数十亿年之后才会出现,但一旦启动,过程会相对迅速。
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届时大气中的氧含量将急剧下降,可能降至现今水平的约百万分之一。佐治亚理工学院的克里斯·莱因哈特(Chris Reinhart)在接受《新科学家》采访时对这一数量级作出了上述描述。
研究团队构建了地球大气的详细模型,分析了太阳亮度的变化以及由此带来的二氧化碳含量下降。随着二氧化碳减少,植物等光合作用生物的数量也会随之下降,氧气的来源因而被削弱。
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模型还显示,这种大气脱氧过程很可能发生在"湿润温室效应"出现和地表水大量流失之前,届时大气状态将类似于太古代的早期地球。这一研究也引起了寻找系外宜居行星的科学家们的关注。
研究提示,大气中含有氧气并不一定是所有宜居星球的永久特征,这为判断行星宜居性以及理解生命存续的时间尺度提供了新的参考。
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