氧氣水平的降低，地球生命的減少

十億年后缺氧的地球會變成什么樣？

距今十億年后，缺氧將會消滅地球上的生命

（圖源：Triff）

地球將無法永遠支持和維持生命。根據《自然地球科學》上的一項新研究顯示，我們地球上的富氧大氣可能只再持續十億年。

隨著太陽的衰老，它會變得越來越明亮，這也意味著地球將來能接收到更多的太陽能。這種增加的能量將會影響地球的表面，加速玄武巖和花崗巖等硅酸鹽巖石的風化。當這些巖石風化時，溫室氣體二氧化碳被從大氣排出，并通過化學反應鎖定在碳酸鹽礦物中。理論上來說，隨著二氧化碳水平的下降，地球應該開始降溫，但在大約20億年后，這種影響將被太陽越來越刺眼的強光所抵消。

二氧化碳和水是植物進行光合作用所需要的關鍵成分之一。隨著二氧化碳水平的下降，更少的光合作用將會出現，某些類型的植物可能會完全滅絕。更少的光合作用意味著氧氣生產的減少，地球大氣中的氧氣濃度將逐漸下降，給其他形式的未來生命帶來危機。

所以，這些將在什么時候發生？為了找到答案，來自和的研究人員使用計算機模擬將地球表面碳、氧、磷和硫循環的未來發展做成模型。他們還考慮了氣候演變以及地球表面（地殼、海洋和大氣）如何與地球內部（地幔）進行相互作用。

他們模擬了兩種理論情形：一種是有活躍生物圈的類地行星和另一種沒有活躍生物圈的。有趣的是，這兩種方案都產生了基本上相似的結果：未來十億年左右，氧氣水平開始急劇下降。雖然二氧化碳和植物光合作用水平的下降確實會影響氧氣水平，但這一過程的結果是地幔和地表環境之間長期相互作用的次要影響。簡而言之，這是在俯沖期間進入地幔的巖石的地球化學（見下圖）和通過火山從地幔釋放的氣體之間的平衡，這也似乎主要影響地球大氣保持富氧狀態的時間。

（圖解：俯沖是巖石沉入地球內部的過程，但這些巖石可能攜帶某些氣體。 圖源：stihii）

這項研究的作者得出結論，我們的富氧大氣可能只能再維持10.8億年左右的時間。放在這種背景下，氧氣在25億年前的大氧化事件期間才開始在地球大氣層中積累，并且在地球歷史的大部分時間里，氧氣水平可能保持相當低的水平，只有在大約4億年前陸地植物進化后才上升到接近現代水平。

氧氣的終結幾乎肯定標志著地球能夠支持復雜、有氧呼吸的生命形式的終結。盡管研究的細節存在爭議，其他環境因素也在起作用，但科學家們長期以來一直注意到，地球上復雜生命的演化和輻射似乎與相對富氧的時期相關聯。

這項研究的作者估計，地球在失去其地表水分之前的總可居住壽命約為72億年，但他們也預測出在那個時間里富氧大氣可能只存在約20%-30%。

這為什么重要？想象一下，如果我們是另一個星球上的外星人，通過在系外行星的大氣層中尋找氧氣和臭氧來掃描天空尋找生命的跡象。如果我們的儀器在20億年后或20億年前經過地球，我們可能會解釋一個錯誤的否定性結果我——這些行星缺乏可靠的“生物信號”，并繼續我們的搜索。

（圖源：Triff）

今天天文學家和行星科學家面臨著同樣的問題：我們應該以什么樣的系外行星為目標，外星生命的可靠生物信號是什么？宜居性不僅僅是恒星周圍的一個地方，也是行星演化的一個時期，我們必須意識到我們現在所能看到的東西是有限的。

我們大氣的未來與它遙遠的過去表現出強烈的相似性：氧氣含量低，富含甲烷（如果不是二氧化碳的話），并可能存在有機煙霧。

正如這項新研究的作者所建議的那樣，使用地球作為類比的話，我們可能需要更廣泛地思考在系外行星大氣中尋找哪些氣體，我們可能還需要重新思考我們對這些氣體可能表明什么的理解。

我們需要更好地了解我們自己的大氣層隨時間演化的歷史，以及我們星球的表面和內部是如何共同演化的。只有這樣，我們才能更好地確定是否有生命生活在其他太陽的強光中

BY:Matthew Warke

FY: Raywannabethelight

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