終有一天，地球會截然不同。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于像人類這樣需要氧氣才能生存的大型復雜生物來說，是理想的選擇。

但在地球歷史的早期，氧氣含量要低得多，而且在遙遠的未來，氧氣含量可能會再次降低。近日發(fā)表在《自然—地球科學》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)，將不適合復雜的有氧生命居住。

日本船橋東邦大學Kazumi Ozaki和美國佐治亞理工學院Chris Reinhard模擬了地球的氣候、生物和地質系統(tǒng)，從而分析預測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)。

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

Ozaki和Reinhard估計，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，屆時大氣中的甲烷將同時增加，并達到目前的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。研究團隊的計算表明，大氣中的氧氣可能在短短1萬年的時間里消失。

生物圈無法適應如此劇烈的環(huán)境變化。Reinhard表示：“之后，地球上的生命將只剩下微生物，一個目前隱藏在暗處的厭氧菌和原始細菌的世界將再次占據(jù)主導地位?！标懙厣飳⒉粡痛嬖冢镆矊⒉粡痛嬖?，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。

這項研究是美國國家航空航天局對行星宜居性研究項目的一部分，含氧的生物特征通常用于識別宜居行星，該預測對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Natalie Allen認為，氧氣以多種形式存在，是一種非常重要的生物信號，并與地球上的生命緊密地交織在一起。但新預測表明，氧氣的存在是可變的，可能在一個宜居星球上并不會永久存在。

美國波多黎各大學Kevin Ortiz Ceballos認為，對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不到大量的氧氣，即使它們能夠支持或曾經(jīng)支持過復雜的生命。他表示，在行星周圍沒有檢測到氧氣并不意味著它們不適合居住。

Ozaki和Reinhard認為，可以用其他生物特征代替氧氣來尋找外星生命。例如，行星大氣中的碳氫化合物霧氣可能會提供更持久的外星生命特征。

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



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