Учёные исследуют будущее атмосферы Земли: резкое снижение уровня кислорода может привести к гибели большинства сложных форм жизни на планете.
Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Nature Geoscience, детальные модели, учитывающие увеличение яркости Солнца и соответствующие изменения в геохимических циклах Земли, рисуют мрачную картину будущей биосферы.
Роль Солнца и геохимических циклов в формировании атмосферы Земли
Постепенное увеличение яркости Солнца играет ключевую роль в эволюции атмосферы Земли. Учёный-эколог Кадзуми Озаки из Университета Тохо подчёркивает: «Жизнеспособность биосферы Земли обсуждается на основе научных знаний об устойчивом увеличении яркости Солнца и глобальном карбонатно-силикатном геохимическом цикле. Одним из следствий такой теоретической модели является непрерывное снижение уровня углекислого газа в атмосфере и глобальное потепление в геологических масштабах времени».
Это постоянное снижение уровня углекислого газа приведёт к уменьшению активности фотосинтезирующих организмов и, в конечном итоге, к снижению производства кислорода. Взаимодействие солнечной радиации и геохимических циклов Земли создаёт условия для глубоких изменений в обитаемости планеты, показывая, что уровень кислорода в атмосфере вряд ли останется стабильным бесконечно.
Прогнозируемое падение уровня кислорода и его последствия
Модели исследования предсказывают экстремальное снижение уровня кислорода задолго до того, как Земля достигнет состояния «влажного парникового» климата или потеряет значительные объёмы поверхностной воды. Авторы отмечают: «Модель прогнозирует, что деоксигенация атмосферы, при которой уровень кислорода в атмосфере резко упадёт до уровней, напоминающих архейскую Землю, скорее всего, будет вызвана до начала влажного парникового состояния в климатической системе Земли и до значительной потери поверхностной воды из атмосферы».
По словам учёного Земли Криса Рейнхарда из Технологического института Джорджии, уровень кислорода упадёт примерно в миллион раз ниже нынешнего. «Падение уровня кислорода очень и очень экстремально. Речь идёт примерно о миллионе раз меньшего количества кислорода, чем сегодня», — говорит он.
Такое истощение кислорода станет катастрофой для большинства форм жизни, которым для дыхания необходим кислород, сигнализируя об окончании сложных экосистем и доминировании анаэробных организмов.
Последствия для поиска жизни за пределами Земли
Это исследование также имеет важное значение для астробиологии и поиска жизни на экзопланетах. Кислород долгое время считался ключевым биосигналом, но если богатые кислородом атмосферы являются лишь временными особенностями на обитаемых планетах, учёным, возможно, придётся скорректировать свои критерии при анализе далёких планет.
Кислородная фаза Земли может составлять лишь 20–30% от общей продолжительности её обитаемости, а это значит, что планеты с низким содержанием кислорода или без него всё ещё могут поддерживать жизнь, хотя и в иных формах.
Предсказанная будущая Земля будет характеризоваться атмосферой, богатой метаном, с низким содержанием углекислого газа и без озонового слоя, создавая условия, подходящие для анаэробной жизни. Это ставит под сомнение текущий акцент на кислороде как на универсальном признаке жизни и расширяет возможности обнаружения биосигналов в космосе.