自然科普：10亿年后，缺氧环境会毁灭地球上所有的生命


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地球没有能力永远支持和维系生命体的存活。根据《自然·地球科学》（Nature Geoscience）的一项最新研究，富氧大气也许只能再持续10亿年。
随着年龄的增长，太阳会变得越来越明亮，这意味着未来地球将会接收到更多的太阳能。不断增加的太阳能会影响地球的表面，加速如玄武岩、花岗岩等硅酸盐岩石的风化。当这些岩石进行风化作用时，温室气体二氧化碳会从大气环境中分离出来，经过化学反应锁定在碳酸盐矿物中。理论上讲，地球应该会随着大气中二氧化碳含量的降低而开始变冷，但在20亿年后，这种影响将被不断增强的阳光所抵消。
二氧化碳和水是植物进行光合作用所必备的关键原料。随着大气中二氧化碳水平的下降，植物的光合作用减少，一些种类的植物可能会灭绝。越来越少的光合作用意味着氧气供应量将不断减少，地球大气中的氧气浓度逐渐下降，未来的许多其他生命形式将面临危机。
那么，这将会在什么时候发生呢？为了找到结果，来自日本和美国的研究者运用计算机模拟技术模拟了地球表面碳、氧、磷和硫循环的未来演变情况。他们还考虑了气候演化以及地球表面（地壳、海洋和大气）与地球内部（地幔）的相互作用。
他们模拟了两个理论场景：有活跃生物圈的类地行星和没有活跃生物圈的类地行星。有趣的是，两个场景产生了大致相似的结果：大约10亿年后，氧气水平会开始急剧下降。这一结果表明，虽然二氧化碳含量和光合作用的减少确实会影响氧气含量，但是由于地幔和地表环境之间长期的相互作用，这一过程带来的影响是次要的。总的来说，岩石俯冲进入地幔与气体通过火山喷发从地幔中释放出来之间的地球化学平衡，似乎是影响地球维持富氧环境的主要因素。


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研究的发起者认为我们的富氧大气可能只能维持大约10.8亿年。纵观历史，氧气含量在地球历史的大部分时间里一直保持着很低的水平，直到大约4亿年前，在陆地植物开始进化之后才开始上升到接近现代的水平。
氧气的匮乏几乎一定标志着地球无法支持复杂的、需氧呼吸的生物形式。尽管一些细节还存在争议，其他环境因素也在发生作用，但科学家早就注意到，地球复杂生命体的进化和辐射发展过程似乎都发生在氧含量相对丰富的时期。
研究的发起者估计，在地球失去地表水之前，其宜居寿命在72亿年左右，但经计算，富氧大气可能只能存在20%-30%的时间。
为什么氧气很重要？想象我们是另一个世界的外星人，通过在系外行星的大气层中寻找氧气和臭氧来检测天空中的生命迹象。如果检测仪器在20亿年后或20亿年前经过地球，我们可能会错误地认为这个星球上缺乏可靠的生物特征，然后继续我们的检测搜索。


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如今，天文学家和行星科学家也遇到了同样的问题：我们应该以什么样的系外行星为目标？什么是外星生物的可靠生物特征？宜居性不仅是恒星周围的一个地方，而且是行星进化中的一个时期，我们必须时刻意识到，目前我们能看到的事物都是局限的。
未来，大气层会遇到与遥远的过去十分相似的状况：氧气含量低，沼气含量高（如果不是二氧化碳的话），并且有可能产生有机烟雾。就像研究发起者说的一样，通过将地球作为类比物，我们也许需要更广泛地思考应该在系外行星的大气层中寻找哪些气体，而且我们可能需要重新思考这些气体暗示着什么意义。
我们需要更好地理解大气层随时间演变的历史，以及地球的表面与内部是如何协同演变的。只有这样，我们才能更好地确定是否有生命存在于其他恒星的光芒之下。
撰文：Matthew Warke
翻译：黄子郁
审校：殷姝雅
引进来源：theconversation
引进链接：https://theconversation.com/a-billion-years-from-now-a-lack-of-oxygen-will-wipe-out-life-on-earth-156241
本文来自：环球科学



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