Время до вымирания наземных растений (млн лет) в зависимости от скорости выделения CO2 относительно современной для различных параметров выветривания. Фото: Журнал Planetary Science Journal (2024 г.). DOI: 10.3847/PSJ/ad7856
На данный момент будущее жизни на Земле находится в руках человека. Но после наступления антропоцентрической эпохи ситуация начинает становиться рискованной. Светимость Солнца со временем увеличивается примерно на 1% каждые 110 миллионов лет, поэтому поверхность Земли будет постепенно нагреваться (но гораздо медленнее, чем сегодняшнее глобальное потепление).
Это изменит скорость выветривания силикатов — процесса, при котором силикатные породы превращаются в карбонатные, когда атмосферный углекислый газ и дождевая вода объединяются с образованием углекислоты.
Карбонатные породы, в основном известняк и доломит, превращаются обратно в силикатные породы в результате вулканического воздействия и метаморфоза при высокой температуре. В результате вулканической деятельности выделяется углекислый газ, который заменяет вынесенный при силикатном выветривании, и карбонатно-силикатный цикл продолжается.
Таким образом, в масштабах миллионов лет уровень углекислого газа в атмосфере будет примерно постоянным, при прочих равных условиях (что бывает редко). Но поскольку растущая яркость Солнца медленно увеличивает температуру Земли, силикатное выветривание также должно уменьшиться, вытягивая больше углекислого газа из атмосферы.
Карбонатное захоронение также удаляет углерод из системы океан-атмосфера. Это плохая новость для растений, которые питаются углекислым газом, солнечным светом и водой, и они пострадают вдвойне, поскольку температура поверхности под воздействием солнца повысится. Когда растения исчезнут, большая часть жизни на Земле будет голодать и умирать. Вычисление того, когда это произойдет, требовало усилий на протяжении десятилетий, при этом были получены временные интервалы от 100 миллионов до 1 миллиарда лет, но все движущиеся части в такой модели усложняют вычисления.
Трио ученых из Чикагского университета и Института науки Вейцмана в Израиле выдвинули новую модель, которая увеличивает продолжительность жизни земной биосферы до 1,7 миллиарда лет. Их работа была опубликована в The Planetary Science Journal.
«Если выветривание слабо зависит от температуры (как показывают последние данные) и/или сильно зависит от CO2, — пишут они, — мы обнаруживаем, что взаимодействие между климатом, продуктивностью и погодными условиями приводит к тому, что будущее снижение CO2, вызванное светом, будет медленным и временным. наоборот, предотвращая голодание растений CO2».
Их результаты удлиняют период, в течение которого растения выживают, до 1,6–1,82 миллиарда лет, пока растения не умрут либо от голодания CO2, либо от экстремальных температур, что, возможно, удвоит будущую продолжительность жизни организмов макроразмера.
В большинстве предыдущих работ предполагалось, что силикатное выветривание сильно зависит от температуры — экспоненциально со временем e-складывания (Te) от 10 до 20 лет и слабо зависит от CO2, варьируясь (в степени β) между корнем четвертой степени и квадратным корнем из CO2. концентрация. Меньшее Te означает более сильную зависимость скорости выветривания силиката от температуры.
Они рассматривают два сценария: вымирание растений из-за нехватки CO2 {Te =13,7 Кельвина и β=0,25}, как в Кальдьере и Кастинге в 1992 году, и вымирание из-за перегрева {Te =31 К и β=0,41}, как в экспериментах Криссансена-Тоттона и Кэтлинга в 2017.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Они также рассмотрели отдельно растения С3 и С4 (они различаются эффективностью использования фотосинтеза, процессами фиксации углерода и тем, насколько хорошо они переносят жаркие и сухие условия — около 95% растений на Земле являются растениями С3).
С помощью этих пар параметров они объединяют глобальные средние модели продуктивности растений, углеродного цикла и климата, чтобы определить возможные механизмы вымирания наземных растений — и, конечно же, всех видов, которые от них зависят. Второй набор параметров, представляющий сценарий перегрева, приводит к увеличению будущей продолжительности жизни наземных растений по сравнению с первым набором: 1,8 миллиарда лет по сравнению с 1,3 миллиарда лет соответственно. Это существенно дольше, чем в любой из предыдущих работ.
Концентрация углекислого газа снижается от современного значения в обоих случаях практически до нуля в первом сценарии и примерно до 170 частей на миллион (ppm) во втором сценарии. Пиковая температура поверхности Земли составляет около 310 К (37°C) в первом сценарии и 335 К (62°C) во втором сценарии. (Средняя температура поверхности Земли в настоящее время составляет около 289 К (16°C)). На любой картинке он будет поджаренным.
Растения С3 были уничтожены раньше растений С4: 0,5 миллиарда лет (сценарий 1) при уровне концентрации CO2 150 ppm по сравнению с 0,8 млрд лет (сценарий 2) для растений С3 и 1,2 млрд лет по сравнению с 1,8 Гр соответственно для растений С4. Примерно через 500 миллионов лет на Земле будут существовать только растения C4, такие как сорго, сахарный тростник и кукуруза. По крайней мере, сладости будут существовать еще полмиллиарда лет, если останется кто-то, кто их будет производить.
Авторы также могут сделать некоторые важные выводы о внеземной жизни. «Если жизнь распространена за пределами Земли, — пишут они, — наши выводы можно будет проверить с помощью будущих наблюдений биосигнатур на внесолнечных планетах».
Более длительное будущее биосферы также имеет последствия для развития разумной жизни. Они показывают, что более длительная продолжительность жизни предполагает меньшее количество «трудных шагов» — критических, маловероятных эволюционных переходов — для создания разумной жизни, чем предполагалось ранее. Предыдущие исследователи предлагали 4–5 необходимых трудных шагов, но более длинная биосфера уменьшает это число до 2,4, подсчитали авторы.
Это хорошая новость для перспективы разумной внеземной жизни. Их результаты «предполагают, что появление разумной жизни может быть менее сложным (и, следовательно, более распространенным) процессом, чем утверждали некоторые предыдущие авторы.
