如果地球上的生命能够挺过人类世(指人类活动对地球环境产生深远影响的地质时代),那么终将面临来自太空的另一种生存威胁。
随着太阳年龄增长亮度增加,它必然会干扰地球脆弱的碳循环,导致大气中二氧化碳含量下降,植物缺乏二氧化碳而死亡。
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幸运的是,研究表明,这种情况至少在 16 亿年后才会发生。这有可能使地球动植物的预期寿命翻一番。
对于任何期盼地外生命存在的人来说,这无疑是个好消息,因为它显著延长了地球维持正常生物圈运转的时间,而这是我们目前在整个宇宙中唯一掌握的数据。
鉴于我们目前的状况,太阳变暖导致大气中碳含量下降似乎有悖常理。但变暖的速度将远低于今天,这凸显了不同的地质过程。
随着时间的推移,风雨侵蚀地球硅酸盐岩石,使其吸收二氧化碳 ,这些二氧化碳通常会被地质过程掩埋,之后通过火山活动释放到大气中,从而完成碳酸盐-硅酸盐地球化学循环。
这是地球主要的无机碳循环,它在数百万年的时间尺度上改变着地球大气中的二氧化碳浓度 。
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碳酸盐-硅酸盐循环中的不同过程及其化学反应。( Gretashum/*********/CC By SA 4.0 )
但是,随着太阳每十亿年亮度增加 10% ,地球逐渐变暖,加剧了风化作用,并从大气中吸收更多的二氧化碳,这对植物以及所有依赖植物生存的其他生命来说都是坏消息。
这将为陆生植物创造一个越来越严酷的环境,最终导致它们在二氧化碳补偿点因二氧化碳缺乏而灭绝,或者在温度上限阈值因过热而灭绝。
但研究发现,风化作用对温度的依赖性很弱,气候、生产力和风化作用之间的相互作用导致二氧化碳的减少速度减缓,甚至暂时逆转,从而将植物灭绝推迟到 18.6 亿年后。
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循环中各个组成部分如何相互影响,正反馈以绿色表示,负反馈以橙色表示。( Gretashum/*********/CC By SA 4.0 )
研究团队在多种情景下发现, C3 植物其光合作用在光照更强、温度更高的环境下效率会降低 ,比 C4 植物更早灭绝。这意味着大约有 5 亿年的时间里,地球上只有甘蔗和玉米等 C4 植物存在。
植物减少自然也会导致动物减少,因为食物匮乏,氧气含量也会急剧下降。但或许有些厌氧微生物能够存活下来,直到太阳变得更加强大,最终将海洋蒸发殆尽。
Substantial Extension of the Lifetime of the Terrestrial Biosphere. R. J. Graham et al 2024 Planet. Sci. J. 5 255. DOI 10.3847/PSJ/ad7856IF: 4.3 Q2
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