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Wissenschaftler haben den Todeszeitpunkt allen Lebens auf der Erde benannt. Wie genau wird das passieren?
Wissenschaftler haben den Todeszeitpunkt allen Lebens auf der Erde benannt. Wie genau wird das passieren?
Anonim

In Zukunft, in etwa sieben Milliarden Jahren, wird die Sonne heißer und wird zu einem Roten Riesen, der wahrscheinlich die Erde verschlucken wird. Aber der Planet wird viel früher aufhören, für lebende Organismen geeignet zu sein. Dies wird nicht nur durch die Verdunstung der Ozeane geschehen, sondern auch durch starke Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre. "Lenta.ru" erzählt ausführlich über die neue wissenschaftliche Arbeit von Wissenschaftlern aus den USA und Japan, die glauben, dass die maximale Lebensdauer des komplexen Lebens auf der Erde etwa eine Milliarde Jahre beträgt.

Tausende von Schicksalen

Derzeit hält die Biosphäre der Erde durch photosynthetische Organismen einen Sauerstoffgehalt von 20 Prozent in der Atmosphäre aufrecht. Es ist bekannt, dass der Sauerstoffgehalt für den größten Teil der Erdgeschichte niedriger war als heute und seine Konzentration in der Atmosphäre erst nach dem Auftreten von Landpflanzen zuzunehmen begann. Die Evolution der Biosphäre hat die geochemischen Kreisläufe so wichtiger chemischer Elemente wie Phosphor beschleunigt. Die Photosynthese allein reicht jedoch nicht aus, um den Planeten mit Sauerstoff hoch zu halten.

Frühere Forschungen zur zukünftigen Bewohnbarkeit der Erde haben sich auf die Beziehung zwischen der Erwärmung der Sonne, die sich in einen Roten Riesen verwandelt, dem geochemischen Karbonat-Silikat-Kreislauf und dem Wasserverlust konzentriert. Im Laufe der Zeit, wenn die Sonne heller wird, sinkt die Konzentration von Kohlendioxid, was die für die Biosphäre wichtigen geochemischen Kreisläufe stört. Mehrere theoretische Modelle legen nahe, dass das Klima der Erde in den nächsten zwei Milliarden Jahren aufgrund eines starken Treibhauseffekts feucht wird, wodurch eine große Menge Wasser aus der Stratosphäre in den Weltraum entweicht.

Der Kohlenstoffkreislauf auf der Erde

Bild: Wikipedia

In der neuen Studie sagten Wissenschaftler die zukünftige Bewohnbarkeit der Erde auf der Grundlage eines detaillierten Modells voraus, das den Einfluss der Sonne auf geochemische Kreisläufe wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel verfolgt. Experten fügten dazu den Methankreislauf hinzu, der den Stoffwechsel lebender Organismen umfasst, sowie den Redoxaustausch zwischen Kruste und Mantel, der es ermöglicht, die Prozesse, die den Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre steuern, zu einem geologischen Zeitpunkt zu verfolgen Skala. Ein solches Modell ist in der Lage, in Zukunft Milliarden Jahre Planetengeschichte abzudecken.

Die Forscher verwendeten einen stochastischen Ansatz und passten zufällig Parameterwerte für das Modell an, darunter Änderungen der Entgasungsrate des Erdmantels sowie die Beschleunigung der Erosion. Sie legten die Anfangsbedingungen (Initialisierungsphase) für die Erde vor 600 Millionen Jahren fest und ließen das Modell dann etwa 400.000 Mal laufen, um die Entwicklung des Planeten bis zur Gegenwart abzudecken. Von der gesamten Stichprobe von Durchläufen wurden nur etwa fünftausend Bedingungen auf der Erde reproduziert, die den modernen nahekommen. Sie wurden verwendet, um die Zukunft vorherzusagen.

Alles ist schlecht

Trotz einiger Unsicherheiten würde in keinem der Szenarien eine sauerstoffreiche Atmosphäre länger als 1,5 Milliarden Jahre halten. Dies wird nur in einem bewusst unmöglichen Szenario realisiert, in dem die Sonne ihre Helligkeit nicht erhöht. Eine Abnahme der Sauerstoffkonzentration tritt aufgrund einer Erhöhung der Temperatur der Erdoberfläche sowie aufgrund einer Abnahme der Kohlendioxidmenge in der Atmosphäre auf.

Es ist die Abnahme der Kohlendioxidmenge, die in die Atmosphäre gelangt, die zu einer photochemischen Destabilisierung der Atmosphäre und einem starken Abfall des Sauerstoffgehalts führt.Dies ist sowohl auf den geochemischen Kohlenstoffkreislauf, der den Sauerstoffkreislauf beeinflusst, als auch auf eine Abnahme der biosphärischen Aktivität, dh der globalen Photosynthese, zurückzuführen. Pflanzen mit C3-Photosynthese (die meisten Pflanzen verwenden diese Art der Photosynthese) werden also nach etwa 500 Millionen Jahren verschwinden, was die Sauerstoffversorgung der Atmosphäre beeinflusst.

Vergleichsgrößen der gegenwärtigen Sonne und des Roten Riesen

Bild: Wikipedia

Das Verschwinden der Pflanzen unterdrückt die chemische Verwitterung und den damit verbundenen Phosphorkreislauf, bei dem ein wichtiges Mineral vom Land in den Ozean überführt wird. Auch das Aktivitätsniveau mariner Ökosysteme wird im Laufe der Zeit abnehmen.

Die Biosphäre auf der Erde wird derjenigen ähneln, die zur Zeit des Archäischen Zeitalters vor dem Großen Sauerstoffereignis vor 2,45 Milliarden Jahren existierte. Insbesondere wird der Luftsauerstoffgehalt im neuen Gleichgewichtszustand um viele Größenordnungen niedriger sein als heute, und der Methangehalt wird stark ansteigen. Gleichzeitig wird es einen signifikanten Unterschied geben: eine Verringerung des Kohlendioxidgehalts, was das Verhältnis von CH4 zu CO2 erhöht und zum Auftreten von organischem Dunst führt.

Nachdem die globale Temperatur der Erdoberfläche 300 Kelvin überschreitet, wird eine weitere Erwärmung beginnen, die verbleibende Land- und Meeresbiosphärenaktivität zu unterdrücken. Jedenfalls kann niemand auf dem Planeten leben, außer Mikroorganismen.

Andere Welten

Wie die Autoren der Arbeit schreiben, kann organischer Dunst als Biosignatur (ein Zeichen für die Existenz von Leben) auf Planeten wie der Erde dienen, die sich im Hauptreihensternsystem befinden. Ein solcher potenzieller Planet ist beispielsweise Kepler-452b, der den Stern G2 umkreist, dessen Alter etwa sechs Milliarden Jahre erreicht. Diese Welt erhält derzeit 10 Prozent mehr Wärme vom Mutterstern als die Erde von der Sonne. Organischer Dunst kann auch für eine neue Art von Klima in der Zukunft langfristige Stabilität bieten.

Die Idee des Künstlers vom Tod der Erde

Foto: Wikipedia

Die von den Wissenschaftlern verwendeten Modelle umfassten den Einfluss der Biosphäre der Erde, aber Planeten können auch ganz andere Biosphären haben – zum Beispiel ohne Vegetation. Um zu untersuchen, wie signifikant dieser Einfluss ist, haben Wissenschaftler die Biosphäre der Erde aus dem Modell ausgeschlossen. Wie erwartet führt das Fehlen terrestrischer Pflanzen zu niedrigeren atmosphärischen O2-Werten während der gesamten planetaren Evolution. Es wird jedoch immer noch genug Sauerstoff für eine Milliarde Jahre geben, um von astronomischen Instrumenten nachgewiesen zu werden. Dieses Ergebnis legt nahe, dass das Vorhandensein oder Fehlen der terrestrischen Biosphäre (aber nicht der Biosphäre im Allgemeinen) nur einen sekundären Effekt auf die Desoxygenierung der Lufthülle hat.

Die Arbeit der Forscher wird bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten helfen, da die Existenz einer Sauerstoffatmosphäre sehr begrenzt ist und nur ein Teil der Erdgeschichte von zuverlässig nachweisbaren Sauerstoffwerten geprägt sein wird. Der direkte Nachweis von O2 im sichtbaren Wellenlängenbereich wird für den größten Teil der Lebenszeit eines Planeten wie der Erde eine Herausforderung darstellen, mit Ausnahme von 1,5 bis 2 Milliarden Jahren. Dies entspricht ungefähr 20-30 Prozent der Lebenszeit der Erde als bewohnte Welt, einschließlich des Alters der Mikroben. Gleichzeitig kann die Beobachtung von Ozonspuren in ultravioletten Wellen dieses „Fenster“erweitern.

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