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地球未来会怎样?科学家警告:或颠覆性改变!氧含量重回24亿年前

 趣聊科学 2021-04-19

富氧大气的加入,让地球变得多姿多彩,也才有无数生命的蓬勃发展。然而,在地球诞生46亿年的历史长河中,大气中的氧气含量不是一成不变的,而是在动态变化的,在这个动态变化中,只有氧气占比达到21%时,地球生态才能维持一种欣欣向荣的景象。但是,地球上如此良好的大气环境并不是一种常态,科学家通过科学手段预测:未来地球将重回低氧、且富含甲烷的大气环境,这无疑将给人类和地球生物带来颠覆性的影响。

▲地球氧气浓度比随时间变化图

氧浓度下降给出时间表

地球从24.5亿年前开始,大气中的氧气浓度从0.02%开始逐渐上升,地球上有氧生物开始逐渐活跃起来。

今年,国际顶级期刊《Nature Geoscience》发表了一项研究,未来地球的大气环境将会迎来颠覆性的变化,这一变化很可能让地球重回24亿年前。

科研人员通过建立计算机数学模型,充分综合考虑各方面的影响因素,来验证这一预测的合理性。模拟结果显示:未来太阳会变得更亮,也就是对外辐射能量更强,从而导致大气中二氧化碳的浓度减少。

通过下图可以得出:未来,随着太阳辐射能量增加,氧气和二氧化碳浓度都会下降,甲烷浓度持续增高。

我们知道,植物光合作用是吸收二氧化碳释放氧气,二氧化碳的减少也会意味着氧气会随着减少,而厌氧甲烷细菌会增多,直接导致大气中甲烷浓度上升。

甲烷浓度的上升,会进一步加剧温室效应,并加快氧气和二氧化碳浓度下降。

根据多达40万次模拟计算数据显示,未来10.5亿年后,氧气浓度会急剧下降,地球也将不再适合人类居住。

那相反,如果氧气浓度变高,会有什么后果?

实际上,在2.9亿年前的石炭纪时期,地球的氧气浓度高达35%,即使后面氧气浓度降低,也有很长一段时期维持在30%左右。

毫无疑问,氧气浓度维持在21%是一个长期进化的平衡状态,一旦氧气浓度增加,会直接带来以下影响。

人类最先受不了

不可否认,氧气增加,会让人类获得更多的能力,持久耐力的世界纪录会轻松被打破,新陈代谢也会增强,人体免疫力也会增加。

人类的交通工具也会效率更高,就拿汽车发动机来说,发动机工作需要空气,然而空气中真正参加工作的却是氧气。

现有的自然吸气发动机,限制其效率的是空气中氧气含量,汽车工程师们在一个多世纪时间内,已经把自然吸气优化到一个很高水平,不过已经到达天花板了。最近几年,火热的涡轮增压发动机应运而生,如果氧气浓度增加一倍,动力增加的幅度那就太明显了。

当然,也不要高兴得太早,一系列不利因素也会给人类带来无尽痛苦。

人类身体器官中,最先受不了的是眼睛,眼科疾病中有一个经典的模型,叫做 OIR 模型,即氧气诱发视网膜病变。

届时,大家视网膜脱落后,看东西基本是这样的。

此外,体内氧分子过多,会产生更多的自由基,自由基会需要配对更多的电子,人体DNA也会受到损害。

全球变冷

氧气含量的增加,势必会造成其他气体含量的减少,如果二氧化碳、甲烷等含碳气体减少,会导致地球温度急剧下降,地球也会被冻成一个雪球。

▲氧含量对温室效应影响

根据2015年顶级期刊《science》的一项研究表明,如果大气中的氧气浓度达到35%,地球平均温度会降到-3℃,而这里-3℃可不是指大气温度。

▲氧浓度21%-35%地球平均温度变化

历史上,有一次地球曾被冻成雪球,当时,多亏火山比较活跃,火山爆发出大量甲烷和二氧化碳,通过温室效应,将冷冻了几千年的“雪球地球”融化。

可是,现在火山爆发并不活跃,一旦地球被冰雪封印,真不知道如何解锁。

令人生畏的巨型昆虫

相比较人类而言,昆虫、植物由于其自身的特点,能够非常快地适应巨大气环境的突变,在二叠纪时期,地球的氧浓度达到了25%,那时的地球出现了巨型昆虫和巨型裸子植物,而且你还会看到长达一米的蜻蜓,千万不要感到奇怪,这些动物在恐龙时期,是真的出现过。

当然,地球物种体型变大,同时也需要大量能量来维持生命,同时环境必须要稳定、优越,否则,一旦生存条件变得严酷,这种生物很快就会灭亡,比如恐龙就是这样走向灭绝的。

随处可见的火灾

如果地球的氧气浓度增加,火灾比例会增加,因为只要氧气足够高,铁丝一样可以燃烧。

一旦大气中氧气浓度增加一倍,火灾会呈指数增加。

写在最后

从历史的发展角度来看,地球环境并不是一成不变的,虽然,科学家预测,10亿年后氧气浓度才会发生变化,但是科学家现在已经开始寻找适合人类发展的第二星球,以备不时之需。

参考文献

Ozaki K,Reinhard C T. The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere[J]. Nature Geoscience, 2021, 14: 138-142.

Long-term climate forcing by atmospheric oxygen concentrations

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