目前,在我們富含氧氣的地球上,生命蓬勃發展,但是地球並非一直以來都如此。科學家們預測在未來,地球大氣可能會回到過去富含甲烷而氧氣很少的情況。

無氧世界

研究認為,雖然這很有可能要再一個十億年才會發生,但是當發生變化時,將會改變得非常快速。這個轉變將會帶著地球回到大約 24 億年前,地球發生所謂的「大氧化事件」(Great Oxidation Event,GOE)之前的狀態。

在剛發表的論文中,研究人員寫到:「我們的模型預測,地球大氣的脫氧反應,很可能會在地球氣候系統中產生失控溫室效應及從大氣中失去大量的地表水分之前發生,此時的氧氣會大幅降到古地球時期的濃度。」

到那個時候,將會成為人類及大部分倚賴氧氣維生的生物生命的終點,因此人類最好期望在下一個十億年之內的某個時間點找到離開地球的方法。

模擬內容與結果

為了達到他們的結論,研究人員跑了地球生物圈的詳細模型,將太陽亮度的改變與相對應二氧化碳濃度下降的因素納入考慮,因為二氧化碳會隨著增加的熱度而分解。較少的二氧化碳意味著較少例如植物等行光合作用的有機體,如此一來氧氣濃度也會下降。

科學家們先前已預測過,在 20 億年之內,逐漸增加的太陽輻射會將海水從地球表面移除。不過,根據平均不到 40 萬次模擬的最新模型顯示,氧氣下降會先殺光所有生命。

喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的地球科學家克里斯·萊茵哈德教授說:「氧氣濃度的下降會變得非常非常極端。我們所談論的是,比起當今的濃度下降 100 萬倍的氧氣濃度。」

根據由萊茵哈德教授及日本東邦大學(Toho University)環境科學家尾崎和海教授(Kazumi Ozaki)所進行的運算,地球上富含氧氣的宜居世界,在地球整個生命週期中可能只會持續 20-30%,而微生命將會在我們消失後持續存活一段很長時間。

尾崎教授說:「劇烈脫氧化後的大氣的特色在於甲烷濃度上升,低濃度二氧化碳,且沒有臭氧層。整個地球系統很有可能會是充滿厭氧生命型態的世界。」

尋找下一個地球

讓這項研究與今日世界變得特別有關聯的,是人類正在太陽系以外尋找適宜居住的星球。越來越強大的望遠鏡漸漸上市,而科學家們想要得知,在這些儀器所收集的大量數據中,他們應該尋找哪些東西。

除此之外,研究人員表示,大氣中的氧氣不太可能是宜居世界中的永恆特徵,這對我們探索宇宙中更深處的生命跡象的努力具有影響。很有可能,除了氧氣以外,人類也必須尋找其他的生物跡象訊號(biosignature),以最大可能地找到生命。

此研究是美國太空總署(NASA)NExSS(Nexus for Exoplanet System Science)計畫的一部分。此計畫在調查除了地球以外,其他星球的適宜居住性。

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參考資料:

  1. Nield, D., (2021, March 3). Enjoy It While It Lasts: Dropping Oxygen Will Eventually Suffocate Most Life on Earth. ScienceAlert
  2. Ozaki, K. et al., (2021, March 01). The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere. Nature Geoscience. doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/earth-s-atmosphere-could-return-to-a-methane-rich-low-oxygen-state-in-a-billion-years-or-so(圖:Aaron Foster/The Image Bank/Getty Images)
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