10亿年后，地球将重度缺氧，不再适合人类居住

辛雨/中国科学报

2021-03-04 08:47

如今，氧气约占地球大气的21%。这对于像人类这样需要氧气才能生存的大型复杂生物来说很重要。但在地球历史的早期，氧气含量要低得多，而且在遥远的未来，氧气含量可能会再次降低。近日，发表在《自然—地球科学》的一项研究发现，10亿年后，地球大气层将变成贫氧、富甲烷状态，不再适合人类居住。

终有一天，地球会截然不同。图片来源：Alexandr Yurtchenko / Alamy

日本船桥东邦大学的Kazumi Ozaki和美国佐治亚理工学院的Chris Reinhard模拟了地球的气候、生物和地质系统，分析预测了地球大气条件将如何变化。研究人员称，在接下来的10亿年里，地球大气将保持富氧状态，之后快速的脱氧作用会让大气回到类似于24亿年前大氧化事件前的状态。

研究人员认为，地球的含氧大气层不会是一个永久特征。这种转变的一个核心原因是，随着太阳老化，它将变得更热，并释放出更多的能量。由于二氧化碳会吸收热量并分解，因此太阳老化会导致大气中二氧化碳的数量减少。

Ozaki和Reinhard估计，10亿年后，二氧化碳水平将变得过低，以至于包括植物在内的光合作用生物将无法生存和产生氧气。这些光合生物的大量灭绝将是氧气大量减少的主要原因。

“氧气的下降将是非常极端的，我们估计现在的氧气将比未来多100万倍。”Reinhard说。

研究人员还估计，届时大气中的甲烷将同时增加，并达到目前的1万倍之多。一旦地球大气开始发生变化，它们将迅速发展。研究团队的计算表明，大气中的氧气可能在短短1万年里消失。

生物圈无法适应如此剧烈的环境变化。Reinhard表示：“之后，地球上的生命将只剩下微生物，目前隐藏在暗处的厌氧菌和原始细菌将再次占据主导地位。”陆地生物和水生生物将不复存在，臭氧层将消耗殆尽，将陆地和海洋暴露在高浓度的紫外线和炙热的太阳下。

这项研究是美国宇航局行星宜居性研究项目的一部分，含氧的生物特征通常用于识别宜居行星，该预测对寻找其他行星上的生命具有一定意义。

约翰斯·霍普金斯大学的Natalie Allen认为，氧气以多种形式存在，是一种非常重要的生物信号，并与地球上的生命紧密地交织在一起。但新预测表明，氧气的存在是可变的，在一个宜居星球上并不会永久存在。

波多黎各大学的Kevin Ortiz Ceballos认为，对于其他恒星周围与地球非常相似的行星来说，在它们的大气中可能检测不到大量的氧气，即使它们能够支持或曾经支持过复杂的生命。他表示，在行星周围没有检测到氧气并不意味着它们不适合居住。

Ozaki和Reinhard认为，可以用其他生物特征代替氧气来寻找外星生命。例如，行星大气中的碳氢化合物雾气可能会提供更持久的外星生命特征。