終有一天，地球會(huì)截然不同。圖片來源：Alexandr Yurtchenko / Alamy

如今，氧氣約占地球大氣層的21%。大氣層富含氧氣的特性對(duì)于像人類這樣需要氧氣才能生存的大型復(fù)雜生物來說，是理想的選擇。

但在地球歷史的早期，氧氣含量要低得多，而且在遙遠(yuǎn)的未來，氧氣含量可能會(huì)再次降低。近日發(fā)表在《自然—地球科學(xué)》的研究發(fā)現(xiàn)，10億年后，地球大氣層將變成貧氧、富甲烷狀態(tài)，將不適合復(fù)雜的有氧生命居住。

日本船橋東邦大學(xué)Kazumi Ozaki和美國佐治亞理工學(xué)院Chris Reinhard模擬了地球的氣候、生物和地質(zhì)系統(tǒng)，從而分析預(yù)測(cè)地球大氣條件將如何變化。研究人員稱，在接下來的10億年里，地球大氣將保持富氧狀態(tài)，之后快速的脫氧作用會(huì)讓大氣回到類似于24億年前大氧化事件前的早期狀態(tài)。

研究人員認(rèn)為，地球的含氧大氣層不會(huì)是一個(gè)永久的特征。這種轉(zhuǎn)變的一個(gè)核心原因是，隨著太陽老化，它將變得更熱，并釋放出更多的能量。由于二氧化碳會(huì)吸收熱量分解，因此，太陽老化會(huì)導(dǎo)致大氣中二氧化碳的數(shù)量減少，

Ozaki和Reinhard估計(jì)，10億年后，二氧化碳水平將變得如此之低，以至于包括植物在內(nèi)的光合作用生物將無法生存和產(chǎn)生氧氣。這些光合生物的大量滅絕將是氧氣大量減少的主要原因。

“氧氣的下降是非常極端的，我們估計(jì)的數(shù)值大約是比現(xiàn)在少100萬倍的氧氣。”Reinhard說。

研究人員還估計(jì)，屆時(shí)大氣中的甲烷將同時(shí)增加，并達(dá)到目前的1萬倍之多。一旦地球大氣開始發(fā)生變化，它們將迅速發(fā)展。研究團(tuán)隊(duì)的計(jì)算表明，大氣中的氧氣可能在短短1萬年的時(shí)間里消失。

生物圈無法適應(yīng)如此劇烈的環(huán)境變化。Reinhard表示：“之后，地球上的生命將只剩下微生物，一個(gè)目前隱藏在暗處的厭氧菌和原始細(xì)菌的世界將再次占據(jù)主導(dǎo)地位?！标懙厣飳⒉粡?fù)存在，水生生物也將不復(fù)存在，臭氧層將消耗殆盡，地將球和海洋暴露在高濃度的紫外線和炙熱的太陽下。

這項(xiàng)研究是美國國家航空航天局對(duì)行星宜居性研究項(xiàng)目的一部分，含氧的生物特征通常用于識(shí)別宜居行星，該預(yù)測(cè)對(duì)尋找其他行星上的生命具有一定意義。

美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)Natalie Allen認(rèn)為，氧氣以多種形式存在，是一種非常重要的生物信號(hào)，并與地球上的生命緊密地交織在一起。但新預(yù)測(cè)表明，氧氣的存在是可變的，可能在一個(gè)宜居星球上并不會(huì)永久存在。

美國波多黎各大學(xué)Kevin Ortiz Ceballos認(rèn)為，對(duì)于其他恒星周圍與地球非常相似的行星來說，在它們的大氣中也可能檢測(cè)不到大量的氧氣，即使它們能夠支持或曾經(jīng)支持過復(fù)雜的生命。他表示，在行星周圍沒有檢測(cè)到氧氣并不意味著它們不適合居住。

Ozaki和Reinhard認(rèn)為，可以用其他生物特征代替氧氣來尋找外星生命。例如，行星大氣中的碳?xì)浠衔镬F氣可能會(huì)提供更持久的外星生命特征。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5



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