地球發生顛覆性轉變?大氣環境慢慢消失,氧含量可能重回24億年前

當我們呼吸著新鮮空氣時,或許并不會想到地球的一切發展至今有多麼不容易,光是氧氣的出現就花費了二十多億年的時間。

如果不是藻類利用光合作用產生氧氣,或許地球永遠也不會誕生如此復雜的生命。

然而這一切在未來或許將重現,地球未來可能會發生顛覆性轉變。

來自科學家的警告, 地球的大氣環境正在以一種奇怪的方式慢慢消失,未來地球的氧氣或許將會消失,大氣氧含量將會重新回到 24億年前

這到底意味著什麼呢?本文將從地球氧含量變化以及行星發展變化來解答問題。

從原始行星到綠色星球

行星大氣的形成非常復雜,至今仍是天文學中的一個重點難題。

就地球而言,早期地球的大氣層與現今的大氣層完全不同,可以說非常惡劣。

現代大氣層大部分雖然為二氧化碳,但是氧含量能夠滿足生命需求,并且足夠高。

早期的原始大氣基本上是甲烷、氨、氫以及水組成,這是因為早期的地球火山頻繁,地質活動十分劇烈。

因此這一時期因火山活動帶來了大量有害氣體,二氧化碳、二氧化硫、甲烷什麼的含量異常高。

如果不太理解這是什麼情況的話,可以參考一下如今的金星。

如果地球不發生變化,可能就是這樣

但地球為什麼沒有像金星一樣呢?科學家通過實驗證明, 地球引力是大氣形成的關鍵因素。

地球在體積上比鄰居火星更大,因而會有更大的引力,這意味著足夠的重力能夠保持原始大氣的形成。

另外液態水也因為重力作用被保留在地表,二氧化碳的增多使得地球不斷降溫,這才避免了地球逐漸升溫成為金星。

但是關鍵的地方在于藻類的出現,這一時期也被稱作大氧化事件,事件大概是在地球形成20億年后,整個過程大約持續了 4~5.4億年

光合細菌開始在這一時期進化,另一方面,地球的地幔也逐漸冷卻了下來。

活動中的光合細菌

這意味著火山活動不再頻繁,地球有機會發展出自己的大氣,一部分原始氣體會與氧氣發生反應,并在空氣里聚集。

當然,最關鍵的還是大氧化期間, 光合細菌帶來的氧氣,這部分氧氣抑制了火山氣體的聚集,隨后在數百萬年的時間里保持著穩定。

光合細菌被科學家稱作藍綠菌,如今它們仍然存在于地球中,但是它們是怎樣突然增加的科學家們并不知道,只明白這種細菌的爆發使得大氣中的游離氧增加。

大氧化事件帶來的氧氣變化

氧氣含量的增加還帶來了礦物質的變化,由于氧氣的出現,幾乎任何含磷物質都會與氧氣發生反應。

這使得它們更有可能被埋藏在沉積物中,磷作為一種重要的營養物質,這種變化意味著原本會吸收氧氣的生物變少。

但同時, 沉積的磷化物又攜帶著氧氣進入海洋表層,當氧氣達到深海區域,同樣的過程又會發生,最后導致氧氣進一步急劇上升。

整個過程為地球生命出現和進化帶來的新的機遇,也正因如此地球才會如此特殊。

消失的氧氣

不過近來科學家通過模擬研究表明,地球未來的大氣或許會變得越來越少,準確地說是氧含量減少。

東京大學和佐治亞理工大學是此次模擬合作的科研團隊,這個模擬同時也是 NASA的NExSS計劃

該計劃主要用于尋找地外星系,以及評估星系行星的可居住性。

研究指出, 隨著太陽系生命周期的延續,太陽也會開始升溫,增加的能量會進一步增加大氣中的太陽能。

這便導致未來的地球會在太陽能增幅下進一步變暖,而二氧化碳會被分解,總體水平會下降。

很明顯,這會直接影響到地球上的光合作用生物,不管是細菌還是植物, 二氧化碳的下降無疑是一種致命的打擊。

最終這些 制造氧氣的生物會逐漸死亡,最后影響到整個食物鏈,并且會逐漸減少大氣環境中的氧氣。

科學家預計氧氣終結的時間大約還有 10億年,另外科學家指出,大氣環境出現氧消耗的時候,整個過程會非常迅速,只需要 10000年的時間, 地球中的氧氣便會迅速耗盡

未來的氧氣變化

除此之外,喬治亞理工大學的研究員克里斯·雷因哈德指出, 未來的氧消耗事件與甲烷氣體的增加是有關的

所以如今溫室效應帶來的甲烷量釋放和增加,這或許會影響到地球氧消耗的加速。

氧氣的消耗不僅對生物是致命的,對地球環境同樣如此。

陽熱能的增加將會使得地表更加干燥,因此巖石會加速風化。

而玄武巖、花崗巖以及硅酸鹽巖這類巖石在風化的時候還會抽離其中的碳酸鹽礦物,這些化學成分會進一步與二氧化碳產生反應。

地球生物圈和大氣學的耦合演化

不過這一過程會在 20億年后被極度炙熱的太陽給抵消,地球降溫將會停止。

到了這個時候,地球已經沒有生命了,臭氧層也早就被烤沒了。

而大氣環境又回到了 24億年前,并且是在太陽完全膨脹到紅巨星之前。

或許有人會很好奇,科學家是如何得出這個結論的?任何理論研究總得有個具體過程吧,說沒就沒怎麼行?

地球未來可能是這個樣子

未來的遠景

具體的分析主要來自 計算機模擬,通過計算機建模來對地球表面的碳、氧、磷以及硫循環來演示未來的演變。

并且他們考慮到了氣候變化以及各種地質活動、洋流、大氣運動,包括地幔之間的相互作用。

模擬分析了兩種理論情景,具備生物圈和沒有生物圈的,最終的結果顯示兩者之間大致相同,未來的氧氣水平都會在 10億年后急劇下降。

盡管二氧化碳和植物會影響氧氣水平,但主要影響卻是來自次地幔與地表環境之間的長期相互作用。

簡單來講就是, 板塊在俯沖過程中進入地幔巖層并與通過火山從地幔中釋放出的氣體形成某種平衡,這種變化似乎是主要影響大氣環境的氧含量時間

可以肯定的是,氧氣終結意味著地球不再能夠支持復雜的、有氧呼吸的生命形式。

生物圈最終無法承受這種變化于是徹底崩潰,不過在太陽完全毀滅地球之前,厭氧菌和部分原始細菌會重新接管地球,不過 沒了氧氣,高級生命也不會再現。

盡管有人指出,其他環境因素也會在其中起到作用,不過科學家們一直認為, 地球上的復雜生命進化和輻射是和相對氧氣豐度時期有關,這也是為什麼大氧化事件后,地球可以誕生高級生命。

既然是作為 NASA科探計劃的一部分,這個項目在預測對其他行星尋找生命也有著影響。

新的預測表明,氧氣的存在是可變的,而不是過去所認知的那樣,這意味著可能不存在永久宜居星球。

即使對于和地球類似的行星來講,它們的大氣氧含量與如今的地球不同不意味著它們不適合居住。

或許在未來,人類將不得不踏上星際旅程,或者說每個具備高級文明的星球最終都會面對行星的變化,最終離開母星去往新的星球探索可能。

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